СЛИВ/НАЛИВ НЕФТИ/НЕФТЕПРОДУКТОВ

Истечение через сифонные трубопроводы

Понятие сифонного трубопровода

Трубопроводы, в которых жидкость движется при давлении ниже атмосферного, называют сифонными (сифон от греч. насос). Сифонные трубопроводы, применяемые для слива нефтепродуктов из цистерн, не имеют нижних сливных приборов. При транспортировке в цистернах нефтепродуктов с малой вязкостью (бензины, керосины, дизельные топлива) для предупреждения утечек и потерь топлива в цистернах нет нижних сливных устройств, поэтому топливо сливается через верхний колпак цистерны (верхний слив). Слив нефтепродуктов через горловину цистерны осуществляется сифонным способом.

Вначале нефтепродукт сливается в промежуточный (нулевой) резервуар, а из него насосами подается в хранилище. Для сифонного слива применяют специальные вакуумные установки.

Расчет сифонных трубопроводов осложнен из-за возможности возникновения в них кавитации. Кавитация (от лат. «cavitas» – полость) – явление образования в движущейся жидкости полостей, заполненных паром или газом. Она возникает в тех случаях, когда давление в каком-либо месте потока становится равным давлению насыщенных паров жидкости при данной температуре. При этом нарушается сплошность потока, а при определенных условиях (например, в сифонных трубопроводах) поток может быть разорван и движение жидкости прекратится.

Следовательно, устойчивая работа трубопроводов или гидравлических машин возможна только при отсутствии кавитации, т.е. когда абсолютное давление в любом живом сечении потока будет выше давления насыщенных паров жидкости при данной температуре:

Расчёт сифонного трубопровода

Рассмотрим принципы расчета трубопроводов, работающих под вакуумом, на примере сифонного трубопровода.

Сифонным называют самотечный трубопровод, часть которого расположена выше уровня жидкости в сосуде (резервуаре), из которого подается жидкость. Простейшая схема сифонного трубопровода (сифона) в виде изогнутой трубы, соединяющей сосуды 1 и 2, представлена на рисунке. Движение жидкости по трубопроводу осуществляется из верхнего сосуда в нижний за счёт перепада давления (напора) Δz. Величина Δz равна разности расстояний от плоскости сравнения до уровня жидкости в сосудах 1 и 2.

Сифонные трубопроводы используют в качестве водосбросов гидротехнических сооружений, для слива нефтепродуктов из цистерн, опорожнения водоемов, при прокладке водоводов через возвышенности. Для приведения сифона в действие его необходимо предварительно заполнить жидкостью. При надлежащей плотности стыков труб сифон продолжает работать как трубопровод и обеспечивает бесперебойное перетекание жидкости из одного сосуда в другой.

Гидравлический расчет сифонного трубопровода делят на два этапа: сначала определяют предполагаемый расход, а затем проверяют выполнение условий его работоспособности.

Предполагаемый расход определяют так же, как и в обычном трубопроводе. Расход, полученный в результате расчёта, может быть действительным, если кавитация в сифоне отсутствует, или мнимым, если условия нормальной работы сифона не выполнены.

Для проверки условий работоспособности сифона в нем выбирают сечение, где давление предположительно наименьшее («опасное» сечение). Такое сечение должно быть наиболее приподнято над уровнем жидкости сечения а-а 1 сосуда, а из равно приподнятых (если верхний участок трубопровода горизонтальный) – наиболее от него удаленным. Наиболее приподнятым и «опасным» над уровнем а–а жидкости будет сечение х–х.

Составим уравнение Бернулли для начального а–а и конечного х–х живых сечений потока:

откуда

Если p_x > p_n, сифон будет работать.

При расчете сифонов за величину p_a принимают минимальное значение атмосферного давления в данной местности, а при определении потерь напора p_a-x учитывают увеличение эквивалентной шероховатости трубопровода с течением времени.

За величину давления p_n принимают давление насыщенных паров жидкости при максимально возможной для данной местности температуре перекачки. Следовательно, проверка работоспособности сифона ведется в расчете на наихудшие из возможных условий.

При работающем сифоне теоретический объёмный расход жидкости в м³/c определится выражением:

Если сливать бензин объемом V = 60 м³ из горловины железнодорожной цистерны модели 15-890 при помощи сифонного трубопровода диаметром 10 см в промежуточный резервуар при среднем перепаде напора ΔZ, равном 5 м, то теоретический расход составит 0,0077 м³/c, а время слива – 7790 с или 2,16 часа.