Під час проєктування нових і модернізації та експлуатації існуючих нафтотранспортних систем обов’язковою процедурою є гідродинамічні розрахунки, які виконують зі застосуванням комп’ютерних методів. Реалізація нових технологій розрахунку створює умови для використання більш точних математичних моделей для опису гідродинамічних процесів, що супроводжують рух рідких вуглеводнів у трубопроводі. З цією метою, на основі теоретичних досліджень та математичного моделювання, у статті запропоновано удосконалений метод теплогідравлічного розрахунку трубопроводу для перекачування нафти та нафтопродуктів, який враховує неізотермічність режиму, спричинену відмінністю температури продукту на початку трубопроводу від температури ґрунту та виділенням тепла тертя потоку. Метод базується на застосуванні універсальної формули Хофера для визначення коефіцієнта гідравлічного опору в умовах трьох зон тертя турбулентного режиму, передбачає знаходження змінних коефіцієнтів режиму в математичній моделі Лейбензона в кожному перерізі трубопроводу, застосовує інтегральний спосіб обчислення теплових та гідравлічних втрат енергії під час транспортування нафти і нафтопродуктів. Метод придатний для створення обчислювальних алгоритмів та комп’ютерних програм проєктних та експлуатаційних розрахунків транспортування нафти і нафтопродуктів трубопроводами без підігріву продуктів та у разі застосування спеціальних технологій, що передбачають їх попередній підігрів. Виконано апробацію методу шляхом проведення багатоваріантних розрахунків та аналізу отриманих результатів. Одержано аналітичні залежності величини коефіцієнтів режиму моделі Лейбензона від числа Рейнольдса та відносної шорсткості поверхні труби, які можна застосовувати в теплогідравлічних розрахунках трубопроводів усіх стандартних діаметрів за різних значень шорсткості поверхні
Отримано 12.07.2024
Доопрацьовано 17.10.2024
Прийнято 29.11.2024
[1] Allen, C., Holcomb, C., Zamotorin, R., & Kurz, R. (2021). Optimal parameter estimation for efficient transient pipeline simulation. In PSIG annual meeting (article number 2118). Virtual: PSIG.
[2] Bekibayev, T., Zhapbasbayev, U., Ramazanova, G., & Bossinov, D. (2021). Oil pipeline hydraulic resistance coefficient identification. Cogent Engineering, 8(1). doi: 10.1080/23311916.2021.1950303.
[3] Benavides-Muñoz, H.M. (2024). Modification and improvement of the churchill equation for friction factor calculation in pipes. Water, 16(16), article number 2328. doi: 10.3390/w16162328.
[4] Benner, P., Grundel, S., Himpe, C., Huck, C., Streubel, T., & Tischendorf, C. (2018). Gas network benchmark models. In S. Campbell, A. Ilchmann, V. Mehrmann & T. Reis (Eds.), Applications of differential-algebraic equations: Examples and benchmarks. Differential-algebraic equations forum (рр. 171-197). Cham: Springer. doi: 10.1007/11221_2018_5.
[5] Brkić, D. (2024). Revised friction groups for evaluating hydraulic parameters: Pressure drop, flow, and diameter estimation. Journal of Marine Science and Engineering, 12(9), article number 1663. doi: 10.3390/jmse12091663.
[6] Daneshvar, F.A., Talebbeydokhti, N., Dehghan, S.M., & Elhamian, S.M.M. (2023). Evaluation of Darcy-Weisbach friction factors of fiberglass pipes based on internal surface roughness measurement. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering, 47(3), 1749-1762. doi: 10.1007/s40996-023-01071-4.
[7] De Souza Mendes, P.R. (2024). A note on the moody diagram. Fluids, 9(4), article number 98. doi: 10.3390/fluids9040098.
[8] DNTD 2-86. (1986). Standards of technological design of main oil pipelines. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page?id_doc=6175.
[9] Fang, X., Xu, L., Chen, Y., & Chen, W. (2020). Correlations for friction factor of turbulent pipe flow under supercritical pressure: Review and a new correlation. Progress in Nuclear Energy, 118, article number 103085. doi: 10.1016/j.pnucene.2019.103085.
[10] Ferreri, G.B. (2024). A new approach for explicit approximation of the Colebrook-White formula for pipe flows. Journal of Hydroinformatics, 26(7), 1558-1571. doi: 10.2166/hydro.2024.280.
[11] Fiorillo, F., Esposito, L., Ginolfi, M., & Leone, G. (2024). New insights into turbulent and laminar flow relationships using Darcy-Weisbach and Poiseuille laws. Water, 16(10), article number 1452. doi: 10.3390/w16101452.
[12] Gallardo, A.O., Rojas, R.G., & Guerra, M.A. (2021). New explicit correlation to compute the friction factor under turbulent flow in pipes. Brazilian Journal of Agricultural and Environmental Engineering, 25(7), 439-445. doi: 10.1590/1807-1929/agriambi.v25n7p439-445.
[13] Hafsi, Z. (2021). Accurate explicit analytical solution for Colebrook-White equation. Mechanics Research Communications, 111, article number 103646. doi: 10.1016/j.mechrescom.2020.103646.
[14] Kaseng, F.L., Bayona, R., & Rodriguez, C. (2020). Alternate formula for calculating the Darcy coefficient in turbulent flow in pipes. 3CTecnología, 9(3), 99-109. doi: 10.17993/3ctecno/2020.v9n3e35.99-109.
[15] Khlapuk, M., Bezusyak, O., Volk, L., & Zhang, Z. (2021). Theoretical research of friction factor in hydraulically smooth pipes. E3S Web of Conferences, 280, article number 10009. doi: 10.1051/e3sconf/202128010009.
[16] Khlapuk, M.M., Moshinskyi, V.S., Bezusiak, O.V., & Volk, L.R. (2019). To development of the water turbulent flow theory in pipes. Bulletin National University of Water and Environmental Engineering, 3(87), 3-16.
[17] Li, H., Fan, T., Wang, K., Long, X., He, Y., Wang, M., Cheng, W., Huang, Q., Huang, H., & Yu, W. (2024). An optimal flow rate allocation model of the oilfield treated oil pipeline network. Petroleum, 10(1), 93-100. doi: 10.1016/j.petlm.2023.11.001.
[18] Liu, E., Lai, P., Peng, Y., & Chen, Q. (2022). Research on optimization operation technology of QT oil pipeline based on the heuristic algorithm. Energy Reports, 8, 10134-10143. doi: 10.1016/j.egyr.2022.08.010.
[19] López-Silva, M., Carmenates-Hernández, D., Delgado-Hernández, N., & Chunga-Bereche, N. (2024). Explicit pipe friction factor equations: Evaluation, classification, and proposal. Revista Facultad de Ingeniería, 111, 38-47. doi: 10.17533/udea.redin.20230928.
[20] Luta, N., & Antonyuk, N. (2024). Modelling the coefficient of hydraulic resistance in pipelines for CO2 transportation. In IV international scientific and practical conference “Theoretical and practical aspects of modern scientific research” (pp. 134-136). Seul: CaseCo. Ltd. doi: 10.36074/logos-21.06.2024.026.
[21] Minhoni, R.T.D.A., Pereira, F.F.S., Silva, T.B.G., Castro, E.R., & Saad, J.C.C. (2020). The performance of explicit formulas for determining the Darcy-Weisbach friction factor. Engenharia Agricola, 40(2), 258-265. doi: 10.1590/1809-4430-Eng.Agric.v40n2p258-265/2020.
[22] Muzzo, L.E., Matoba, G.K., & Ribeiro, L.F. (2021). Uncertainty of pipe flow friction factor equations. Mechanics Research Communications, 116, article number 103764. doi: 10.1016/j.mechrescom.2021.103764.
[23] Praks, P., & Brkić, D. (2020). Review of new flow friction equations: Constructing Colebrook’s explicit correlations accurately. International Journal of Numerical Methods for Calculation and Design in Engineering, 36(3), article number 41. doi: 10.23967/j.rimni.2020.09.001.
[24] Safta, C.-A., Georgescu, S.-C., & Dumitrescu, L. (2021). New approach of pressure losses in hydraulic power systems. In 2021 10th international conference on energy and environment (CIEM) (pp. 1-5). Bucharest: IEEE. doi: 10.1109/CIEM52821.2021.9614769.
[25] Santos-Ruiz, I., López-Estrada, F., Puig, V., Torres, L., Valencia-Palomo, G., & Gómez-Peñate, S. (2021). Optimal estimation of the roughness coefficient and friction factor of a pipeline. Journal of Fluids Engineering, 143(5), article number 051304. doi: 10.1115/1.4049674.
[26] Serediuk, M.D., & Motruk, N.V. (2024). Estimated gas consumption in gas distribution networks. Oil and Gas Power Engineering, 1(41), 52-61. doi: 10.31471/1993-9868-2024-1(41)-52-61.
[27] Serediuk, M.D., & Pylypiv, L.D. (2013). Pipeline transport of highly viscous hydrocarbons. Ivano-Frankivsk: Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas.
[28] Tolentino, S.L., & Campos, O.G. (2023). Correlation for the calculation of turbulent friction in pipes. Ingenius, 30, 54-63. doi: 10.17163/ings.n30.2023.05.
[29] Zhapbasbayev, U.K., Ramazanova, G.I., Bossinov, D.Zh., & Kenzhaliyev, B.K. (2021). Flow and heat exchange calculation of waxy oil in the industrial pipeline. Case Studies in Thermal Engineering, 26, article number 101007. doi: 10.1016/j.csite.2021.101007.