Giáo trình Công nghệ khai thác dầu khí

hứ hai là giảm đến mức tối thiểu thời gian ổn định tô Mục tiêu thứ ba là giảm đến mức tối thiểu sai lệch dư εd sau khi đạt được trạng thái ổn định Đánh giá hệ thống điều khiển : Cho thay đổi phụ tải theo hàm bậc thang sau đó quan sát đồ thị nếu biên độ của một đỉnh dương bằng ¼ biên độ của đỉnh dương trước nó khi đó dao động là tắt dần hội tụ tốt: Hình: Suy giảm ¼ biên độ khi có tải bậc thang Các ví dụ điều khiển trên giàn nén khí trung tâm: - hệ thống điều khiển mức bình: Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 100 - hệ thống điều khiển áp suất - hệ thống điều khiển lưu lượng: Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 101 - hệ thống điều khiển nhiệt độ Chế độ điều khiển tỉ lệ P: Chế độ điều khiển tỉ lệ tạo nên tín hiệu ra ở bộ điều khiển tỉ lệ với tín hiệu sai lệch ε. Chúng có mối quan hệ tuyến tính cố định giữa đại lượng được điều khiển và vị trí của đối tượng điều khiển. u = Pε + uo qua công thức trên trong hệ thống điều khiển mức các bình tách nếu tăng độ khuyếch đại P thì chỉ cần một sai lệch bé hơn của ε cũng đủ để van mở 100%, nói cách khác độ khuyếch đại lớn đòi hỏi độ sai lệch nhỏ để đạt được vị trí của van cần thiết cho việc cân bằng quá trình tuy nhiên việc tăng độ khuyếch đại này cũng dẫn đến xu hướng tăng dao động của đại lượng được điều khiển cho nên cần chọn phương án dung hoà. Chế độ này được dùng cho những quá trình có dung lượng nhỏ và thay đổi phụ tải nhanh P cần chọn đủ lớn để tránh dao động. Chế độ điều khiển tích phân I u = Iêot εdt + uo chế độ điều khiển tích phân làm thay đổi tín hiệu ra u tỉ lệ với tích phân của tín hiệu sai lệch. Chế độ này tạo nên một tác động điều khiển làm tăng liên tục tác động điều chỉnh theo thời gian. Nếu độ sai lệch ε nhỏ chế độ tăng I có tác dụng hiệu chỉnh chậm, nếu độ sai lệch ε lớn chế độ I tăng tác dụng hiệu chỉnh nhanh hơn. I là tốc độ tích phân (1/s) đặc tính I/O như sau: Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 102 hình : đặc tính I/O của chế độ I chế độ I hầu như luôn dùng với P Chế độ điều khiển đạo hàm D u = D(dε/dt) D là hằng số thời gian đạo hàm Hình : Đáp ứng bước và độ dốc của chế độ D lí tưởng Chế độ điều khiển đạo hàm cho tín hiệu ra u tỉ lệ với vận tốc thay đổi của ε chính là dε/dt chế độ D ngăn chặn một sai lệch lớn bằng cách tạo nên một tác động hiệu chỉnh để chặn lại sự phát triển của nó. Chế độ D chỉ tác động vào tín hiệu ra của bộ điều khiển khi tín hiệu sai lệch ε thay đổi (tín hiệu ra không phụ thuộc vào giá trị của độ sai lệch). Vì thế chế độ D không sử dụng riêng biệt mà kết hợp với chế độ khác. Đáp ứng bước và độ dốc của chế độ đạo hàm lí tưởng được minh hoạ ở hình ở bất cứ thời điểm nào, tín hiệu ra của bộ điều khiển D luôn tỉ lệ với độ dốc, hoặc tốc độ thay đổi của độ sai lệch ε. Đáp ứng bước chỉ ra nguyên nhân làm cho chế độ D không dùng riêng trong thực tế vì ở mỗi vị trí thay đổi bước tín hiệu ra u có độ dốc vô cực Chế độ điều khiển PI u = Pε + PIêot εdt + uo Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 103 Hình: Đặc tính I/O của chế độ PI Chế độ PI là tổ hợp của chế độ P và I . Ở đây khi thay đổi tín hiệu vào thì ban đầu bộ PI làm việc như khâu tỉ lệ tức là tín hiệu ra u tỉ lệ với sai lệch ε , sau đó chế độ I tạo ra sự thay đổi bổ xung ở tín hiệu ra tức là làm cho nó tỉ lệ với tích phân của tín hiệu sai lệch. Tốc độ tích phân I là số đảo của thời gian cần thiết để chế độ I thích ứng lại sự thay đổi của tín hiệu ra do chế độ P đưa đến. Chế độ I có xu hướng làm tăng dao động của đại lượng được điều khiển. Độ khuyếch đại P cần phải giảm khi kết hợp chế độ I. Điều này làm giảm khả năng của bộ điều khiển để đáp ứng sự thay đổi nhanh của phụ tải. Nếu quá trình có thời gian trễ lớn tín hiệu sai lệch không đáp ứng kịp thời sai lệch hiện có trong quá trình, sự trễ này sẽ dẫn đến quá hiệu chỉnh, chế độ I tiếp tục làm thay đổi tín hiệu ra của bộ điều khiển sau khi độ sai lệch đã giảm đến 0. Chế độ PI thường dùng ở quá trình có thay đổi phụ tải lớn khi một mình chế độ P không có khả năng giảm dao động và chế độ I tạo nên tác động hiệu chỉnh để triệt tiêu dao động. Chế độ điều khiển PD u = Pε + PD(dε/dt) - αD(du/dt) + uo α hệ số giới hạn của đạo hàm Chế độ kết hợp này cho phép giảm xu hướng dao động và cho phép tăng độ khuyếch đại tỉ lệ. Ơû chế độ PD, khâu P tạo nên sự thay đổi của tín hiệu ra tỉ lệ với tín hiệu sai lệch, khâu D tạo nên sự thay đổi bổ sung của tín hiệu ra tỉ lệ với vận tốc thay đổi của tín hiệu sai lệch ngăn chặn trước giá trị mới của tín hiệu sai lệch và thay đổi tín hiệu ra một cách tương ứng. Tác động ngăn ngừa trước làm cho khâu D rất hữu dụng trong điểu khiển quá trình có phụ tải thay đổi đột ngột Chế độ điều khiển PID u = Pε + PIêot εdt + PD(dε/dt) + uo Khâu I dùng để triệt tiêu sai lệch tỉ lệ khi thay đổi phụ tải. Khâu D giảm dao động và tác động ngăn chặn sự thay đổi tín hiệu sai lệch. Vì thế PID được dùng ở quá trình có tải trọng thay đổi đột ngột, mức độ thay đổi lớn . Các bộ PID thực tế có chen hệ số giới hạn đạo hàm α vào khâu PD nên u sẽ là u = Pε + PIêot εdt + PD(dε/dt) - αD(du/dt) + uo Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 104 VAN Hai loại van thông dụng là van trượt và van xoay Van trượt tiêu biểu là van cầu (globe valve), van xoay tiêu biểu là van bướm, van bi Hình 7.1 Van điều khiển Tuỳ thuộc yêu cầu công nghệ mà người ta dùng van có đầu xả (plug) khác nhau, cho biết mỗi loại đầu xả có khả năng cho môi chất đi qua tuỳ hành trình tương đối của van hình 7.2; hình 7.3 Hình 7.2: Các loại đầu xả của van Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 105 Hình 7.3 : Độ mở và lưu lượng của van-đường đặc tính van Kích cỡ van : Chọn van có kích cỡ đúng là rất quan trọng, nếu van quá nhỏ nó có thể không đáp ứng được yêu cầu cho dòng lưu chất đi qua, nếu quá lớn sẽ lãng phí và làm việc không ổn định. Mỗi van điều khiển đều có một hệ số Cv khác nhau phụ thuộc vào kích cỡ và loại van điều khiển. Để chọn được đúng van phải biết điều kiện dòng chảy thực tế và phương pháp tính toán Cv yêu cầu. Các công thức để tính kích thước van được chuẩn hoá bởi ISA được sử dụng khá rộng rãi đối với chất lỏng dòng bán tới hạn ( khi ∆P < ∆Ps *FL2) dòng thể tích dòng khối lượng: đối với chất lỏng dòng tới hạn ( khi ∆P >= ∆Ps *FL2) dòng thể tích dòng khối lượng Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 106 đối với chất khí dòng bán tới hạn ( khi ∆P < P1 /2*FL2) dòng thể tích: dòng khối lượng: đối với chất khí dòng tới hạn ( khi ∆P >= P1 /2*FL2) dòng thể tích: dòng khối lượng: Chú ý: khi van kiểu xoay được lắp đặt giữa hai đầu giảm thì ta phải dùng CvRFp thay vì CvR(trong bảng ) TÍNH CV KHI CÓ HIỆU CHỈNH VÌ ĐỘ NHỚT VÀ SỐ REYNOLE Khi chất lỏng có độ nhớt cao trên 40cSt hay trong điều kiện lưu lượng thấp thì ta phải hiệu chỉnh Cv như sau: Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 107 khi Cv <= 0,1 ta phải hiệu chỉnh, cũng nên hiệu chỉnh khi lưu lượng khí ở mức trung bình Sau đó chọn CVR ít nhất bằng 2 lần Cv turbulent sau đó thay vào công thức để tính toán FR và FR’ (khi tính ra CVcorected nếu chưa đạt thì tăng tiếp CVR lên (chọn van lớn hơn) cho đến khi tính ra CVcorected bé hơn 80% CVR là đạt yêu cầu không nên bé hơn 5% CVR). Tính FR như sau: đối với dòng ổn định (CVR>0,5): đối với dòng ổn định (CVR =<0,5): đối với dòng chuyển tiếp (với mọi CVR ): FR sẽ lấy bằng giá trị nhỏ của FR và FR’ n lấy như sau: đối với dòng bé CVR <= 0,5 thì n bằng: lưu ý min n = 2 trong công thức tính FR’ trên không dùng khi số Reynolds Rev <10 số Reynolds Rev tính như sau: ν độ nhớt động học (centistokes) nếu độ nhớt là centipoise µ thì ν = µ/Gf đối với khí gas thì ν ở điều kiện khí quyển một số hệ số hiệu chỉnh khác xác định như sau: Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 108 Tóm lại: khi bạn tính ra Cv, nếu vượt quá 80% CvR (giá trị này trong hồ sơ van khi nó mở 100%) thì ta nên chọn loại van có kích cỡ lớn hơn, ta cũng không nên chọn van có Cv bé hơn 5% CvR van lắp giữa hai đầu giảm thì CVR = CVR Fp ví dụ: chọn van điều khiển cho hỗn hợp dầu thô C có các tham số như sau: Giải: giả sử chọn van cầu 1 ½” có CVR = 28 ( ít nhất bằng 2 lần CVturbulent ) có FL = 0,9, Fd = 0,46 Ví dụ: Hãy chọn van cho đường hồi chính trên giàn nén khí trung tâm (PCV6901) khi lưu lượng khí là 40000 scmh áp suất trước van là 10000kpa, sau van là 5000kpa, nhiệt độ dòng khí 40oC Giải: P1 = 10000kpa = 1450psi P2 = 50000kpa = 725 psi ∆P = P1 - P2 = 725psi T = 104oF= 564oR Q = 40000 scmh = 1412586 scfh G tỉ trọng khí 0,75 Ta có FL2 ~ 0,98*0,98 = 0,96 Cho nên ∆P> FL2 P1/2 chất khí dòng tới hạn ( khi ∆P >= P1 /2*FL2) dòng thể tích: Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 109 thay số CV = 1412586 (0,75x564)0,5/(834x0,9x1450)= 26,7 Xem bảng tài liệu do hãng sản xuất van cung cấp bên dưới: Nên chọn van 3” class 900 có CvR = 34,4 , FL = 0,98 van mở khoảng 80% (có thể chọn van 4”) CV thực tế = 1412586 (0,75x564)0,5/(834x0,98x1450) = 24,5 CV thực tế / CvR = 71% chấp nhận được. Bảng tra Cv cho van kiểu HPT hãng fisher cung cấp CÁC CÔNG THỨC KHÁC Kích thước van dùng cho chất lỏng: Mỗi loại van dùng cho chất lỏng đều có hệ số van Cv do nhà chế tạo cung cấp hệ số này tuỳ thuộc vị trí mở của van (% open), hệ số này có liên quan đến lưu lượng qua mối liên hệ: Cv = (q/0,0865)(γ/∆P)0,5 q lưu lượng (m3/h) ∆P chênh áp qua van (kpa) γ tỉ trọng chất lỏng ở điều kiện nhiệt độ dòng chảy = ρL(T)/ ρH2O = 1000 Ví dụ : hãy chọn van để điều khiển cho bình chứa condensate lưu lượng trung bình q=100m3/h, chênh áp khoảng 690kpa, γ = 0,78 Giải: Cv = (q/0,0865)(γ/∆P)0,5 Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 110 = (100/0,0865)(0,78/690)0,5 = 38,8 Nhà sản xuất cung cấp hồ sơ van Cv @ % open Body size Travel 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 3” 1 ½” 4,5 5,78 9,96 17,7 26,5 36,6 52,7 71,7 91,5 107 4” 1 ½” 8,26 13,5 19,9 30,9 44,1 72,5 113 152 182 203 Nếu chọn van 3” thì van mở khoảng 62%, trong khi chọn van 4” thì độ mở khoảng 46% Kích thước van dùng cho chất khí: Đối với chất khí thì ta dùng thuật ngữ Cg và C1 thay cho Cv, hệ số này có liên quan đến lưu lượng qua mối liên hệ: m = 0,0475Cg (ρ1P1)0,5 sin[(3471/C1) (∆P/P1)]Deg m lưu lượng khối lượng (kg/h) ∆P chênh áp qua van (kpa) ρ1 tỉ trọng chất lỏng ở điều kiện vào van C1 (hệ số hồi phục áp suất) = 25 đối với van bướm = 28 đối với van bi = 33->35 đối với van cầu Trong công thức trên sin[(3471/C1) (∆P/P1)]Deg phản ánh dòng qua van là tới hạn khi [(3471/C1) (∆P/P1)]Deg ≥ 90okhi đó ta lấy [(3471/C1) (∆P/P1)]Deg = 90ođể tính toán Để chọn được chính xác kích cỡ van ta còn phải kiểm tra xem các tiêu chuẩn về tiếng ồn và tiêu chuẩn chống xâm thực van. Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 111 PHẦN 8 VAN AN TOÀN Có ba dạng phổ biến sau: Van an toàn dạng không cân bằng Đây là dạng van an toàn có cấu tạo đơn giản nhất, thường được sử dụng khi xả khí và hệ thống không có áp suất hoặc ra môi trường. Vì không có cơ cấu cân bằng nên sự hoạt động của van bị ảnh hưởng rất lớn của áp suất hệ thống xả (áp suất ngược). Khi áp suất hệ thống xả (áp suất ngược) lớn hơn 10% áp suất đặt van an toàn, van dạng không cân bằng không được sử dụng. Van an toàn dạng cân bằng Sự khác biệt giữa van cân bằng và không cân bằng là ở chỗ van dạng cân bằng được thiết kế thêm một pitong hoặc một ống sinphông đặt phía trên đĩa làm kín nhằm loại trừ sự tác động của áp suất ngược lên đĩa làm kín. Hình 8.1 Van an toàn dạng không cân bằng Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 112 Hình 8.2 : Van an toàn dạng cân bằng Van an toàn dạng điều khiển pilot Hai dạng van cân bằng và không cân bằng trình bày ở trên đều dùng lực lò xo tác động trực tiếp lên đĩa làm kín, khi áp lực từ dưới thắng được lực lò xo thì van sẽ mở. Đối với van có áp suất lớn và lưu lượng lớn đòi hỏi lò xo phải có kích cỡ lớn tương ứng, do đó sẽ tăng đáng kể kích cỡ của van an toàn. Điểm ưu việt của van an toàn dạng điều khiển pilot là dùng một “van an toàn nhỏ”-pilot để điều khiển van chính, do đó không cần dùng lò xo tác động trực tiếp lên đĩa làm kín. Áp suất nguồn sẽ tác động đồng thời lên bề mặt trên và bề mặt dưói của đĩa làm kín (pitong), do tiết diện tiếp xúc của mặt trên lớn hơn mặt dưới nên khi làm việc bình thường đĩa làm kín sẽ bị tác động đóng chặt. Khi áp suất tăng vượt quá áp suất đặt của van an toàn nhỏ điều khiển (dạng lò xo), phần áp suất phía trên đĩa làm kín sẽ bị xả đi, áp suất phía dưới sẽ đẩy đĩa mở. Van an toàn dạng điều khiển pilot bị hạn chế sử dụng trong các trường hợp khi môi chất có nhiều tạp chất bẩn có thể gây tắc các ống dẫn điều khiển. Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 113 Hình 8.3 : Van an toàn dạng điều khiển pilot Xác định lưu lượng van an toàn phục vụ cho khí hydrocacbon: w = (B)CKoAP1[Mw/(ZT)]0,5 w: lưu lượng khối lượng qua van kg/h B hệ số = 7,6x10-5 C: hệ số phụ thuộc vào tỉ số nhiệt dung riêng k= Cp/Cv Ko: hiệu suất xả áp van do nhà chế tạo van cung cấp A: tiết diện cửa xả của van mm2 P1 : áp suất trước van kpa(a) Mw: khối lượng phân tử của khí Z : hệ số nén tại điều kiện làm việc T : nhiệt độ trước van oK Áp suất P1 sẽ lấy bằng áp suất đặt cộng với lượng vượt áp cho phép (trong trường hợp thông thường là 10% áp suất làm việc cho phép). Do đó thông thường P = 1.1 Pset. Tiết diện có ích của van xác định từ chữ cái ký hiệu qui ước trên van sau đó tra bảng sau: orifice Tiết diện mm2 D 71 E 126,5 F 198,1 G 324,6 H 506,5 J 830,3 K 1186 Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 114 Ví du:ï trên van ký hiệu 3 J 4 có nghĩa mặt bích đầu vào 3”, mặt bích đầu ra 4”, tiết diện có ích của van A= 830,30 mm2. Hệ số C xác định như sau: k C 1 315 1,1 327 1,16 333 1,2 337 1,25 342 1,3 347 1,35 351 1,4 356 Ví dụ : xác định lưu lượng qua van an toàn có các thông số sau: Kích cỡ: 2 H 3. Áp suất đặt Pset = 2700 kpa. Vượt áp cho phép 10%. T = 40 oC, Mw = 22, Z = 0,92 Giải: w = (B)CKoAP1[Mw/(ZT)]0,5 A = 506.5 mm2. P = 1.1 x 2700 = 2970 kpa γ = Mw/Mwair = 22/29 = 0,76 k = 1,3 – 0,31(γ-0,55) = 1,3 – 0,31(0,76-0,55) = 1,2 C = 337 Ko = 0,97 w =7,6 x 10-5 337x0.97x506,5x2970x (22/(0.92x313))0,5 w = 10392 kg/h Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 115 PHẦN 9 ĐO LƯU LƯỢNG Đo lưu lượng bằng orifice . Đây là phương pháp đo lưu lượng khí hay dùng nhất hiện nay Orifice đặt vuông góc với hướng dòng chảy các thiết bị đo kèm theo : đo áp suất trước orifice, đo chênh áp trước và sau, đo nhiệt độ Hình 9.1 Cấu tạo orifice sau khi có các thông tin từ các thiết bị đo ta có công thức tính toán như sau: Q m3/h Lưu lượng tính ở điều kiện chuẩn hw mm H2O Chênh áp qua orifice Pf kpa(abs) Aùp suất trước orifice Fb Hệ số orifice Tra bảng 3-16, phụ thuộc vào kích cỡ orifice và đường kính ống thông số này để tra ra đường kính orifice Fpb Hệ số áp suất điều kiện chuẩn, Fpb = 101.325/Pb = 1 Aùp suất điều kiện chuẩn Pb=101.325 kpa Ftf Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ so với nhiệt độ điều kiện chuẩn, Ftf = (288/(273 + TfoC))0.5 Nhiệt độ đk chuẩn = 15oC. Tf = nhiệt độ dòng khí Fpv Hệ số phụ thuộc vào hệ số nén Z Fpv = (1/Z)0.5 Fg Hệ số phụ thuộc vào tỷ trọng γ γ : tỷ trọng tương đối của khí ở 15oC Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 116 Fg = (1/γ)0.5 Fr Hệ số phụ thuộc vào hệ số Reynold (chế độ dòng chảy) = 1+ b/(hwPf)0,5 b tra bảng Y Hệ số giãn nở của ống và orifice phụ thuộc vào áp suất Y ∼ 1 Ftb Hệ số nhiệt độ điều kiện chuẩn, Ftb = 1 đối với nhiệt độ chuẩn bằng 15oC Fa Hệ số giãn nở nhiệt của orifice =1 khi Tf<120oF. Tmeas Tỉ số giữa đường kính trong của ống và đường kính orifice tốt nhất vào khoảng: Pipe taps Flange taps 0,2->0,67 0,15->0,7 Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 117 Hình 9.2 : Bộ đo lưu lượng qua tấm lỗ Đo lưu lượng kiểu turbine Đo lưu lượng kiểu turbine có ứng dụng rộng rãi, ngoại trừ cho chất lỏng có độ nhớt cao, khi làm việc turbine sẽ quay mà tốc độ quay phụ thuộc vào lưu lượng và tính chất của môi chất qua nó Xác định được tốc độ của turbine là sẽ xác định được lưu lượng. Do đó thiết bị đo lưu lượng bằng turbine là thiết bị đo tốc độ quay của turbine. Mỗi vòng quay sẽ tương ứng với một lưu lượng thể tích, được xác định bằng hệ số turbine . Hình 9.3 : Bộ đo lưu lượng kiểu turbine Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 118 Hình 9.4 : Bảng tra hệ số Fb Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 119 Hình 9.5 : Bảng tra hệ số Fb Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 120 Hình 9.6 : Bảng tra hệ số b Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 121 Hình 9.7: Bảng tra hệ số b Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 122 PHẦN 10 LƯU LƯỢNG VÀ ĐƯỜNG ỐNG 1. Chế độ dòng chảy Ở các tốc độ thấp, các phần tử của môi chất chuyển động theo dòng chảy tương đối ổn định và thẳng hàng. Tốc độ của dòng chảy đạt cực đại ở tâm đường ống và gần như bằng 0 tại thành ống. Chế độ dòng chảy này được gọi là dòng chảy tầng Nếu tăng tốc độ dòng chảy tới một mức độ nào đó, các phần tử trong dòng chảy bắt đầu chuyển động hỗn loạn (không còn thẳng hàng so với phương dòng chảy). Chế độ dòng chảy này được gọi là dòng chảy rối. Để xác định chế độ dòng chảy, Reynold đã đưa ra một hệ số không đơn vị - hệ số Reynold Re Re = dvρ/µ = 4qρ/(πdµ) = 4m/(πdµ) d (m): đường kính trong của ống. v (m/s) :vận tốc dòng chảy. ρ (kg/m3): tỷ trọng môi chất tại điều kiện dòng chảy. µ (kg/(m.s): độ nhớt môi chất. (1cp=0,001kg/m.s) m (kg/s) : lưu lượng khối lượng q(m3/s) : lưu lượng thể tích S (m2) : thiết diện trong của ống gc hệ số chuyển đổi khối lượng/lực = 1(kg.m/N.s2) g: gia tốc trọng trường = 9,81m/s2 P (Pa) : áp suất f: độ nhám ∆X (m) : hiệu độ cao (h2-h1) Nếu Re< 2000 : chế độ dòng chảy tầng ổn định, f=16/Re. Re> 4000 :chế độ dòng chảy rối, f=0,042Re0,194 (dùng cho ống lớn d>20cm, 8in) . Re> 4000 :chế độ dòng chảy rối, f=0,042Re0,172 (dùng cho ống nhỏ d<=20cm, 8in) . 4000 > Re > 2000 : Chế độ chuyển tiếp, có thể là ổn định hoặc rối. Tổn hao áp lực đối dòng chảy chất lỏng Tổn hao áp lực của dòng chảy được chia thành 3 thành phần sau: − Tổn hao áp lực do ma sát ∆Pf. − Tổn hao áp lực do thay đổi thế năng ∆PX. ∆PX ∼ (∆X)ρg/gc − Tổn hao áp lực do thay đổi động năng ∆Pv. ∆Pv ∼ (∆V2)/(2g) ∆P = ∆Pf + ∆PX + ∆Pv Trong hệ thống đường ống đồng nhất, sự thay đổi tốc độ dòng chảy gần như bằng 0. Do đó phần tổn hao do động năng ∆Pv ~ 0. Thực tế trong tính toán tổn hao áp lực, phần này thường không đáng kể và được bỏ qua. Tổn hao do thay đổi thế năng chính là cột áp thuỷ tĩnh do thay đổi độ cao. Phần này được xác định dễ dàng, tỷ lệ với thay đổi độ cao và tỷ trọng. ∆PX = (∆X)ρ(g/gc). Phần tổn hao áp lực do ma sát ∆Pf là phần quan trọng nhất. Phương trình tổng quát để xác định tổn hao áp lực do ma sát có dạng như sau: ∆Pf = -2f.ρ.L.v2.ρ/(gcd) L (m): chiều dài ống Tóm lại sau khi bỏ qua phần tổn hao áp lực do thay đổi động năng ta có tổng tổn hao áp lực được rút gọn như sau: Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 123 ∆P=(P2-P1) = ∆Pf + ∆Px = -2f.ρ.L.v2.ρ/(gcd)-(∆X)ρ(g/gc). d = 1,265q0,4.{f.Lρ/(∆Pf.gc)}0,2 nếu chưa biết f ta nên dùng công thức sau: cho ống nhỏ: d = 0,647.q0,397.ρ0.172.µ0.036.{L/(∆Pf .gc)}0,207 cho ống lớn: d = 0,647.q0,376.ρ0.168.µ0.041.{L/(∆Pf .gc)}0,208 ví dụ: Tính toán đường kính cho ống dẫn dầu 0,0416m3/s, γ=0.79, tổn hao áp toàn tuyến là 500kpa, L=20km, độ nhớt 10cp, dùng ống lớn. Giải: d = 0,647.q0,376.ρ0.168.µ0.041.{L/(∆Pf .gc)}0,208 thay số: d = 0,647.(0,0416)0,376.(790) 0.168.(10x0,001) 0.041.{20000/(500000x1)}0,208 = 0,255m Tính lưu lượng vận chuyển: cho ống nhỏ: q = [3,127d2,64/(ρ0.453.µ0.094)][(∆Pf .gc)/L}0,547 cho ống lớn: q = [3,18d2,661/(ρ0.446.µ0.107)][(∆Pf .gc)/L}0,554 Tính tổn hao áp suất: cho ống nhỏ: ∆Pf/L = q1,828.ρ0.828.µ0.172/(8,038.gc. d4.828) cho ống lớn: ∆Pf/L = q1,806.ρ0.806.µ0.194/(8,081.gc. d4.806) ví dụ: Tính toán tổn hao áp suất tuyến ống, đường kính trong d=0,254m, lưu lượng dẫn dầu 0,0416m3/s, γ=0.79, L=20km, độ nhớt 10cp, dùng ống lớn. Giải: cho ống lớn: ∆Pf = L. q1,806.ρ0.806.µ0.194/(8,081.gc. d4.806) = 20000x0,04161,806.7900.806.(10x0,001) 0.194/(8,081x1. 0,2544.806) = 510000Pa Tổn hao áp lực đối dòng chảy chất khí Cơ sở tính toán cũng tương tự như đối với chất lỏng, nhưng phức tạp hơn do khí là chất chịu nén, các tính chất (tỷ trọng, độ nhớt, độ nén…) thay đổi theo áp suất và nhiệt độ. Tổn hao áp lực cũng giống như đối với chất lỏng tuy nhiên: Tổn hao do thay đổi động năng không đáng kể được bỏ qua. Tổn hao do thay đổi thế năng khí có tỷ trọng rất nhẹ do đó phần này có thể bỏ qua. P1 (kpa): áp suất điểm đầu P2 (kpa): áp suất điểm cuối Psc (kpa): áp suất điều kiện chuẩn Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 124 Pm: (kpa) áp suất trung bình T1 (oK): nhiệt độ điểm đầu T2 (oK): nhiệt độ điểm cuối Tm (oK): nhiệt độ trung bình Tg (oK): nhiệt độ môi trường quanh ống Tsc (oK): nhiệt độ ở điều kiện chuẩn qsc (m3/d): lưu lượng ở điều kiện chuẩn γ : tỷ trọng tương đối của khí f : hệ số ma sát. L (m): chiều dài ống d (m): đường kính trong của ống Zm: hệ số nén trung bình tại điều kiện dòng chảy. K: hệ số E: hệ số hiệu quả đường ống, E= 0.88 - 0.95 Re: số Reynols Pm = Pavg =2/3[(P1 + P2) - P1 P2/( P1 +P2)] Tm = Tavg = [(T1 - T2)/ln{(T1 -Tg)/( T2 -Tg)]} + Tg Zm = Zavg Để đơn giản trong việc tính toán thực tế người ta đã thành lập các công thức xác định khả năng vận chuyển của đường ống như sau: Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 125 Ví dụ: đường ống khí về bờ từ giàn nén khí trung tâm có các thông số như sau, hãy tính khả năng vận chuyển của đường ống. P1(kpa) P2(kpa