- Производственные операции. Наполнение, опорожнение и зачистка резервуаров
- Наполнение и опорожнение резервуаров
- Зачистка резервуаров
- В этом же разделе:
- Расчет параметров истечения жидкости через отверстия и насадки.
- Допущения, принятые в расчете
- Ввод исходных данных
- Самые читаемые статьи в этом разделе!
- Рекомендуем почитать!
- Комментарии к этой статье!!
- Время опорожнения резервуара с водой
Производственные операции. Наполнение, опорожнение и зачистка резервуаров
Наполнение и опорожнение резервуаров
Наполнение и опорожнение резервуаров — это наиболее ответственные операции, требующие высокой степени осторожности при выполнении, а также соблюдения специальных правил.
Заполнение резервуаров должно производиться под уровень жидкости снизу. Если же резервуар к моменту наполнения оказался порожним, операция заполнения осуществляется медленно. Скорость (а иначе производительность) опорожнения и заполнения должна строго соответствовать пропускной способности дыхательного клапана, поэтому перед заполнением резервуара необходимо проверить исправность клапана. Если в связи с неисправностью или по другим причинам дыхательный клапан окажется закрытым, то наполнение резервуара производить нельзя до устранения неисправности клапана. Требуемая пропускная способность дыхательного клапана связана с производительностью приемо-раздаточного патрубка.
Для того чтобы предотвратить повреждение приемо-раздаточного трубопровода или резервуарной задвижки и, как следствие, утечку нефтепродукта, по окончании каждой операции, связанной с наполнением или опорожнением резервуара, подъемная труба обязательно должна быть поднята выше уровня жидкости в резервуаре. С этой же целью по окончании операций закрывается хлопушка. Исправность и правильность действия хлопушки, сальника, подъемной трубы, фланцев и прокладок приемо-раздаточного патрубка, задвижки, сифонного крана, а также прочего оборудования должны подвергаться проверке после каждого опорожнения и зачистки резервуара.
Уровень продукта контролируется по показаниям поплавковых показателей уровня, а также посредством замера лентой.
В случае неправильной установки или неправильной эксплуатации насосов, от них могут передаваться механические толчки и гидравлические удары. В следствие этого в конструкциях резервуаров может возникать опасное напряжение. Во избежании этого необходимы меры предохранения резервуаров.
При эксплуатации резервуаров нельзя допускать вибрации трубопроводов, соединенных с резервуаром.
В перечень различного рода проверок также должна включаться проверка правильности открытия и закрытия задвижек, необходимых для наполнения и опорожнения резервуаров. Без данного вида контроля разрешение на проведение вышеупомянутых операций не дается. Открытие задвижек должно производиться плавно, без применения рычагов.
Во время перекачки продукта в обязательном порядке обеспечивается постоянное сообщение работающего насоса с резервуарной емкостью. Действующий резервуар должен выводиться из процесса перекачки только после того, как задвижка для ввода нового резервуара будет полностью открыта. Заполнение любых резервуаров должно проводиться до уровня, обусловленного заранее. При этом уровень должен определяться так, чтобы перелив нефтепродукта при его расширении от нагрева был невозможен.
При высоких температурах может происходить вскипание воды, почти всегда в известных количествах содержащейся в резервуаре. Вскипание воды приводит к выбросу жидкости или к гидравлическим ударам. Поэтому максимальная температура нефтепродуктов и нефти при заполнении резервуаров, а также при их подогреве не должна превышать 90 o C.
Оголение действующих подогревателей может создавать пожарную опасность. Поэтому подогрев сырой нефти или нефтепродуктов может производиться при уровне жидкости над подогревателем не менее 50 см.
Информация по различным эксплуатационным показателям (максимально допустимый уровень нефти или нефтепродуктов, максимальная температура подогрева и т.д.)обычно заносится в специальную технологическую карту, разрабатываемую отдельно для каждого резервуарного парка. При наполнении или опорожнении резервуара при обнаружении каких-либо отклонений от заданных норм (по данным замера) процесс немедленно останавливают. При наполнении резервуаров оперативные замеры уровня нефти и нефтепродуктов направлены на предотвращение перелива резервуара. Промежутки, в течение которых должен производиться замер, зависят от объема наполняемого резервуара, а также от производительности насосов или самотечных трубопроводных линий. В начальной стадии заполнениярезервуара рекомендуемый промежуток между замерами — два часа. Когда же до предельного заполнения остается 1/1,5 м взлива, во избежание перелива производительность перекачки должна снижаться до минимума.
При работе поршневых насосов уменьшение производительности перекачки может быть достигнуто сбросом части жидкости в другие резервуары или в запасные емкости. При самотечных трубопроводах или при перекачке центробежными насосами это легко достигается прикрытием коренной задвижки или напорной задвижки у насоса.
Для предупреждения перелива резервуаров большое значение имеет автоматизация налива. Для ее обеспечения разработаны автоматические задвижки с электроприводом.
Непрерывно изменяющийся уровень жидкости в последнее время замеряется при помощи специальных электрических сигнализаторов, совершенно безопасных в пожарном отношении.
Зачистка резервуаров
Зачистка резервуаров перед ремонтами предполагает проведение следующих работ:
- освобождение резервуара от нефтепродуктов;
- длительная пропарка и проветривание резервуара с целью его дегазации;
- промывка внутренней поверхности крыши, корпуса и днища резервуара;
- удаление твердых отложений, могущих оказаться в резервуаре;
- протирка насухо стенок крыши и днища резервуаров.
Работы по зачистке резервуаров опасны и требуют соблюдения специальных мер по технике безопасности и противопожарной безопасности.
После того как основная часть нефти из ререзвуара слита, остатки нефтепродуктов «поднимаются на воду» и сливаются в подготовленные заранее емкости.
Перед спуском из резервуара остатков в нем открывают люки и лазы, от резервуара отсоединяют трубопроводы и на приемо-раздаточный патрубок так же, как и на отсоединенные трубопроводы, устанавливают плотные заглушки на прокладках. Примерно за двое суток до зачистки резервуары интенсивно пропариваются острым паром с целью нагрева паров нефтепродуктов и их удаление через люки, а также частичное разрыхление твердых отложений (пульпы) на стенках, днище и крыше резервуара.
В зависимости от продукта, хранившегося в резервуаре, и в зависимости от того, насколько резервуар загрязнен твердыми отложениями, пропаривания назначается продолжительностью от 15 до 24 часов. При большом количестве отложений простым пропариванием разрыхлить пульпу не удается. В таких случаях может быть рекомендуется пропуск пара через специальные насадки, из которых пар, выходя с большой скоростью, не только нагревает пульпу, но также производит и механическое ее разрушение. Наиболее перспективным для этой цели считается применение гидропультов или специальных стволов, через которые осуществляется подача пара или воды под значительным давлением.
При зачистке резервуаров из-под сернистых нефтей или нефтепродуктов должны проводиться специальные мероприятия по безопасности. Такие резервуары еще перед вскрытием для зачистки подвергают пропариванию в течение 4-5 суток. Помимо обычных твердых отложений в таких резервуарах образуются пирофорные отложения, состоящие в основном из сернистого железа и способные к самовозгоранию при невысоких температурах.
Установлены факты самовозгорания пирофорных отложений при 20 o С. Из практики известно, что взрывы и пожары, вызванные пирофорными явлениями, происходят чаще всего весной или осенью вскоре после опорожнения или во время опорожнения резервуаров. При средних температурах (весной, осенью) пирофорные отложения cкапливаются на стенках резервуаров и при высыхании жидкой пленки после опорожнения резервуара подвергаются быстрому окислению.
В этом же разделе:
Данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Для получения информации об условиях сотрудничества, пожалуйста, обращайтесь к сотрудникам ГК «Газовик».
Бесплатная телефонная линия: 8-800-2000-845
© 2007–2021 ГК «Газовик». Все права защищены.
Использование материалов сайта без разрешения владельца запрещено и будет преследоваться по закону.
Источник
Расчет параметров истечения жидкости через отверстия и насадки.
Программа предназначена для расчета расхода слива рабочей жидкости из цилиндрической емкости (опорожнение емкости) через отверстие или насадок на дне емкости. Позволяет выбрать 15 жидкостей и четыре вида насадков.
Программа расчитывает изменение основных характеристик — высота Н, расход Q, объем жидкости в емкости со временем. Шаг расчета можно задать от 1 секунды до 10 секунд. Также программа расчитывает среднее время по среднему уровню жидкости в емкости. В этом случае время опорожнения резервуара на 10-20% меньше, чем вычисленное итерационным методом.
Допущения, принятые в расчете
Строго говоря истечение жидкости из емкости или резервуаров при переменном напоре — это нестационарный процесс, поскольку происходит постоянное изменение напора и, соотвественно, скорости и расхода. Однако, в случае, когда уровень жидкости в резервуаре понижается медлено можно принебречь инерционным напором. Поэтому, для технических целей с допустимой погрешностью используют формулы для стационарного течения т.е. установившегося течения.
Предполагается, что со временем и изменением расхода гидросопротивление насадка не меняется.
Отверстие существенно мало по сравнению с диаметром емкости.
Избыточое давление в газовой подушке емкости в процессе слива принято постоянным. Если это открытий резервуар, то избыточное давление равно нулю.
Ввод исходных данных
Введите исходные данные в истеме СИ:
| Время, с | Уровень, м | Объем, м3 | Расход, м 3 /c | Расход, л/мин |
Вильнер Я.М. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам.
Самые читаемые статьи в этом разделе!
Рекомендуем почитать!
Комментарии к этой статье!!
Конструктор 2021-02-10
Что то не то с порядком цифр, считаю бак емкостью 3,5м3, а в расчете выдает 3532500.0000м3
gidroadmin 2020-12-01
Спасибо за комментарий! Но у меня в тестовых задачах в Excel все сходиться с программой! Вы же имейте ввиду, что средний расход высчитывается по среднему уровню жидкости в емкости при постоянном давлении в подушке емкости. И этот средний уровень как раз равен половине высоте емкости, которую Вы вводите в поле. В любом случае, если есть сомнения, напишите в комментариях свои данные и мы проверим их еще раз в Excel и в программе.
Александр 2020-11-16
Считает не правильно. Что-то с высотой жидкости в емкости. Если подставить значение в 2 раза больше, тогда все сходится.
gidroadmin 2020-09-04
Спасибо за комментарий! 1. Вязкость никак не участвует в формуле истечения, разве что опосредовано через число Рейнольдса, но при истечении Рейнольдс достаточно большой, и этим влиянием принебрегают и фактически коэффициент расхода остается постоянным в процессе истечения. 2. Да нет, ничего не перепутано, хотя на первый взгляд может показаться, что из-за сопротивления насадка расход через него должен быть меньше, чем через простое отверстие. Но из-за того, что в цилиндрическом насадке на расстоянии равном где-то радиус отверстия возникает вакуум, расход жидкости увеличивается из-за дополнительного подсоса жидкости в насадке. Минимальный коэффициент расхода имеет конический расходящийся насадок, затем отверстие. Значение коэфициента расхода отверстия приведено здесь. Там же хорошее видео по теме истечения жидкости из резервуаров и типы насадков. Также значения коэффициентов расхода различных насадков приведены в таблице.
Злая Собака 2020-09-02
Если уж вводите тип жидкости, т.е. берете табличные значения вязкости, то уж плотность жидкости можно было бы вставить так же из табличных значений.
Злая Собака 2020-09-02
1. Перепутаны «Коэффициенты расхода», у простого отверстия минимальное гидравлическое сопротивление. 2. Диаметр насадки, а не «насадка».
Источник
Время опорожнения резервуара с водой
Рассмотрим различные случаи истечения жидкости из резервуаров, баков, котлов через отверстия и насадки (коротки трубки различной формы) в атмосферу или пространство, заполненное газом или той же жидкость. В процессе такого истечения запас потенциальной энергии, которым обладает жидкость, находящаяся в резервуаре, превращается в кинетическую энергию свободной струи.
Основным вопросом, который интересует в данном случае, является определение скорости истечения и расхода жидкости для различных форм отверстий и насадков.
Рассмотрим большой резервуар с жидкостью под давлением Р0, имеющий малое круглое отверстие в стенке на достаточно большой глубине Н0 от свободной поверхности (рис.5.1).
Степень сжатия оценивается коэффициентом сжатия.
где Sс и Sо — площади поперечного сечения струи и отверстия соответственно; dс и dо — диаметры струи и отверстия соответственно.
Скорость истечения жидкости через отверстие такое отверстие
где Н — напор жидкости, определяется как
φ- коэффициент скорости
где α — коэффициент Кориолиса;
ζ- коэффициент сопротивления отверстия.
Расход жидкости определяется как произведение действительной скорости истечения на фактическую площадь сечения:
Произведение ε и φ принято обозначать буквой и называть коэффициентом расхода, т.е. μ = εφ.
В итоге получаем расход
где ΔР — расчетная разность давлений, под действием которой происходит истечение.
При помощи этого выражения решается основная задача — определяется расход.
Значение коэффициента сжатия ε, сопротивления ζ, скорости φ и расхода μ для круглого отверстия можно определить по эмпирически построенным зависимостям. На рис.5.3 показаны зависимости коэффициентов ε, ζ и μ от числа Рейнольдса, подсчитанного для идеальной скорости
| Рис. 5.3. Зависимость ε, φ и от числа Reu | Рис. 5.4. Инверсия струй |
При истечении струи в атмосферу из малого отверстия в тонкой стенке происходит изменение формы струи по ее длине, называемое инверсией струи (рис.5.4). Обуславливается это явление в основном действием сил поверхностного натяжения на вытекающие криволинейные струйки и различными условиями сжатия по периметру отверстия. Инверсия больше всего проявляется при истечении из некруглых отверстий.
Несовершенное сжатие наблюдается в том случае, когда на истечение жидкости через отверстие и на формирование струи оказывает влияние близость боковых стенок резервуара (рис.5.5).
Так как боковые стенки частично направляют движение жидкости при подходе к отверстию, то струя по выходе из отверстия сжимается в меньшей степени, чем из резервуара неограниченных размеров, как это было описано в п.5.1.
При истечении жидкостей из цилиндрического резервуара круглого сечения через круглое отверстие, расположенное в центре торцевой стенки, при больших числах Re коэффициент сжатия для идеальной жидкости можно найти по формуле, представленной Н.Е. Жуковским:
где n — отношение площади отверстия Sо к площади поперечного сечения резервуара S1
Часто приходится иметь дело с истечением жидкости не в атмосферу, а в пространство, заполненное этой же жидкостью (рис.5.6). такой случай называется истечением под уровень, или истечением через затопленное отверстие.
В этом случае вся кинетическая энергия струи теряется на вихреобразование, как при внезапном расширении.
Скорость истечения в сжатом сечении струи
где φ — коэффициент скорости;
Н — расчетный напор,
Таким образом, имеем те же расчетные формулы, что и при истечении в воздух (газ), только расчетный напор Н в данном случае представляет собой разность гидростатических напоров по обе стенки, т.е. скорость и расход жидкости в данном случае не зависят от высот расположения отверстия.
Коэффициенты сжатия и расхода при истечении под уровень можно принимать те же, что и при истечении в воздушную среду.
Внешним цилиндрическим насадком называется короткая трубка длиной, равной нескольким диаметрам без закругления входной кромки (рис. 5.7). На практике такой насадок часто получается в тех случаях, когда выполняют сверление в толстой стенке и не обрабатывают входную кромку. Истечение через такой насадок в газовую среду может происходить в двух режимах.
Первый режим — безотрывный режим. При истечении струя, после входа в насадок сжимается примерно так же, как и при истечении через отверстие в тонкой стенке. Затем струя постепенно расширяется до размеров отверстия из насадка выходит полным сечением (рис.5.7).
Коэффициент расхода μ, зависящий от относительной длины насадка l / d и числа Рейнольдса, определяется по эмпирической формуле:
Так как на выходе из насадка диаметр струи равен диаметру отверстия, то коэффициент сжатия ε = 1 и, следовательно, μ = φ , а коэффициент сопротивления ζ = 0,5.
Если составить уравнение Бернулли для сжатого сечения 1-1 и сечения за насадком 2-2 и преобразовать его, то можно получить падение давления внутри насадка
При некотором критическом напоре Нкр абсолютное давление внутри насадка (сечение 1-1) становится равным нулю (P1 = 0), и поэтому
Следовательно, при Н > Нкр давление P1 должно было бы стать отрицательным, но так как в жидкостях отрицательных давлений не бывает, то первый режим движения становится невозможным. Поэтому при Н 
Нкр происходит изменение режима истечения, переход от первого режима ко второму (рис.5.8).
Второй режим характеризуется тем, что струя после сжатия уже не расширяется, а сохраняет цилиндрическую форму и перемещается внутри насадка, не соприкасаясь с его стенками. Истечение становится точно таким же, как и из отверстия в тонкой стенке, с теми же значениями коэффициентов. Следовательно, при переходе от первого режима ко второму скорость возрастает, а расход уменьшается благодаря сжатию струи.
При истечении через цилиндрический насадок под уровень первый режим истечения не будет отличаться от описанного выше. Но при Н > Нкр перехода ко второму режиму не происходит, а начинается кавитационный режим.
Таким образом, внешний цилиндрический насадок имеет существенные недостатки: на первом режиме — большое сопротивление и недостаточно высокий коэффициент расхода, а на втором — очень низкий коэффициент расхода. Недостатком также является возможность кавитации при истечении под уровень.
Внешний цилиндрический насадок может быть значительно улучшен путем закругления входной кромки или устройства конического входа. На рис.5.9 даны различные типы насадков и указаны значения соответствующих коэффициентов.
Конически сходящиеся и коноидальные насадки применяют там, где необходимо получить хорошую компактную струю сравнительно большой длины при малых потерях энергии (в напорных брандспойтах, гидромониторах и т.д.). Конически сходящиеся насадки используют для увеличения расхода истечения при малых выходных скоростях.
Рассмотрим случай опорожнения открытого в атмосферу сосуда при постоянно уменьшающемся напоре, при котором течение является неустановившемся (рис.5.10).
Однако если напор, а следовательно, и скорость истечения изменяются медленно, то движение в каждый момент времени можно рассматривать как установившееся, и для решения задачи применить уравнение Бернулли.
Обозначим переменную высоту уровня жидкости в сосуде за h, площадь сечения резервуара на этом уровнеS, площадь отверстия Sо, и взяв бесконечно малый отрезок времени dt, можно записать следующее уравнение объемов:
где dh — изменение уровня жидкости за время dt.
Отсюда время полного опорожнения сосуда высотой Н
Если будет известен закон изменения площади S по высоте h, то интеграл можно подсчитать. Для призматического сосуда S = const (рис.5.11), следовательно, время его полного опорожнения
Из этого выражения следует, что время полного опорожнения призматического сосуда в два раза больше времени истечения того же объема жидкости при постоянном напоре, равном первоначальному.
 |  |
| Рис. 5.11. Опорожнение призматического резервуара | Рис. 5.12. Опорожнение непризматического резервуара |
Для определения времени истечения жидкости из горизонтального цилиндрического сосуда (цистерны) (рис. 5.12) выразим зависимость переменной площади S от h:
где l — длина цистерны; D — диаметр цистерны.
Тогда время полного опорожнения такой цистерны, т.е. время изменения напора от h1 = D до h2 = 0, получится равным
Во многих водозаборных и водопропускных гидротехнических сооружениях расходы воды проходят через отверстия, перекрываемые затворами. Затворы поднимают на определенную высоту над дном и пропускают через отверстия необходимые расходы. Чаще всего на гидромелиоративных сооружениях устраивают отверстия прямоугольного сечения, истечение из которых и рассмотрим.
Отверстия могут быть незатопленными (истечение свободное) и затопленными, когда уровень воды за затвором влияет на истечение.
Если отверстие незатопленное, то вытекающая из-под затвора струя находится под атмосферным давлением (рис. 5.13). При истечении через затопленное отверстие струя за затвором находится под некоторым слоем воды (рис. 5.14).
Когда затвор приподнят над дном, вытекающая из-под него струя испытывает сжатие в вертикальной плоскости. На расстоянии, примерно равном высоте отверстия а (высоте поднятия затвора), наблюдается наиболее сжатое сечение. Глубина в сжатом сечении hc связана с высотой отверстия а следующей зависимостью:
где ε’ — коэффициент вертикального сжатия струи.
Коэффициент вертикального сжатия ε’ зависит от отношения высоты отверстия а к напору (глубине воды перед затвором) Н. Для ориентировочных расчетов можно принимать ε’ = 0,64.
Если составить уравнение Бернулли для сечений, проведенных перед затвором и в сжатом сечении, после преобразований получим:
Глубина hz определяется из зависимости
а hб — глубина в отводящем канале (бытовая глубина).
Если вытекающая из отверстия или насадка струя попадает на неподвижную стенку, то она с определенным давлением воздействует на нее. Основное уравнение, по которому вычисляется давление струи на площадку, имеет вид
На рис. 5.15 приведены наиболее часто встречающиеся в практике ограждающие поверхности (преграды) и уравнения, по которым вычисляется давление струи на соответствующую поверхность.
Величина давления струи, естественно, зависит от расстояния насадка до преграды. С увеличением расстояния струя рассеивается и давление уменьшается. Соответствующие исследования показывают, что в данном случае струя может быть разбита на три характерные части: компактную, раздробленную и распыленную (рис.5.16).
В пределах компактной части сохраняется цилиндрическая форма струи без нарушения сплошности движения. В пределах раздробленной части сплошность потока нарушается, причем струя постепенно расширяется. Наконец, в пределах распыленной части струи происходит окончательный распад потока на отдельные капли.
Источник
