Wie kann ich berechnen wieviel Pumpstationen ich f=FCr eine Pipeline brauche? Ich muss dazu sagen, dass ich Geographie und nicht Mathe, oder ein technisches Studium mache.
Soviel ich bisher herausgefunden habe, ist die Anzahl der Pumpstationen abh=E4ngig von der Topographie durch welche die Pipeline verl=E4uft. Die Pumpstationen sorgen daf=FCr das der Druck m=F6glichst gleichm=E4ssig bleibt.
Ich brauche eine m=F6glichst generalisierte Berechnung. Sprich alles was m=F6glich ist soll mit fixen Werten belegt werden.
Meine Aussage soll sein, dass aufgrund des Profils vom Trassenverlaufs eine Anzahl an Pumpstationen bestimmt wird. Bsp. f=FCr einen H=F6henunterschied von 500m mit durchschnittlicher Steigung von 10% brauch ich eine Pumpstation, oder so =E4hnlich.
Ich hoff, dass jemand meine Fragestellung kapiert.
Am 23 May 2007 08:08:14 -0700 schrieb snipped-for-privacy@gmx.at:
Nein. Es sei denn Deine Rohrleitung hält nur geringe Drücke aus. Wenn Deine Pipeline durch ein Gebirge führt, dann bewirken 160 m Höhenunterschied bereits einen Druck von rund 16 bar am unteren Punkt (bei Öl, Wasser o.ä.). Wenn dieser Druck begrenzt werden muss, dann brauchst Du abhängig von der Druckstufe der Rohrleitung immer wieder drucklose Sammler zur Entspannung von wo aus weiter gepumpt wird.
Das geht kaum.
Google mal nach Bernoulli. Du musst mit den Pumpstationen zwei Dinge überwinden: - Rohrreibungsverluste - Höhenunterschied zwischen Anfang und Ende der Rohrleitung
Die Topographie dazwischen ist egal, da sich das wieder ausgleicht. Vorrausgesetzt die Pipeline ist komplett in sich geschlossen und hat nicht irgendwo drucklose Sammelbehälter oder ähnliches (s.o.)
Der begrenzende Faktor sind die Rohrdimensionen, die Menge die transportiert werden soll und die Pumpenleistung, die man für eine Station realisieren kann. Ohne Angaben zu Menge und Art der zur fördernden Flüssigkeit kann man dazu nichts weiter sagen.
begin quoting, snipped-for-privacy@gmx.at schrieb:
Die definitive Antwort wirst Du von mir nicht kriegen, erstens, weil ich die Auslegungswerte von Pipelines nicht kenne, und zweitens, weil es eben doch variable Parameter gibt.
Das verhält sich so: Zum einen braucht man eine Druckdifferenz in Längsrichtung, damit das Medium überhaupt fließt - in einem waagerechten Rohr ist der Druck am Einlaß größer als am Auslaß. Diesen reibungsbedingten Druckverlust kann man durch das Gesetz von Hagen-Poiseuille
beschreiben:
v = D^2 * p' / (32*eta) bzw. p' = 32*eta*v / D^2
v: mittlere Fließgeschwindigkeit des Mediums D: Rohrdurchmesser p': Druckverlust pro Rohrlänge eta: dynamische Viskosität des strömenden Mediums
(Beispiel: Flüssigkeit mit einer Viskosität von 10 P (dickflüssiges Öl) und eine Rohrleitung mit 1 m Durchmesser soll mit 5 m/s durchströmt werden, dann beträgt der Druckverlust 160 Pa/m oder ungefähr 1,6 bar/km - wenn der zulässige Druckverlust 100 bar bis zur nächsten Pumpstation beträgt, dann darf die bei horizontaler Rohrverlegung max. 62,5 km entfernt sein.)
Zum anderen führt ein Höhenunterschied H zu einem statischen Druck
(Einem statischen Druck von 100 bar entspricht bei einer Dichte von 1 t/m^3 ein Höhenunterschied von ca. 1 km - wenn also bei dem o. a. Beispiel der Leitungsanfang der 62 km langen Rohrleitung 1.000 m höher liegt als das Ende, dann verliert die Leitung bei 5 m/s über diese Strecke überhaupt keinen Druck.)
Eine Pipeline ist nun auf einen gewissen Maximaldruck ausgelegt (den ich nicht kenne), der hinter einer Pumpstation erreicht wird - von da an wird der Druck in Fließrichtung immer weiter abnehmen, und bevor er zu Null wird, muß wieder eine Pumpstation gesetzt werden. Das hängt also nicht nur von der Topographie ab.
Die o. a. Parameter sind auch nicht konstant: die Viskosität ist i. a. temperaturabhängig, bei Gasen hängt zudem die Fließgeschwindigkeit vom Druck ab, weil sich Gase mit abnehmendem Druck ausdehnen.
Das wird wohl nichts, das geht nur für sehr gebirgiges Gelände, wo eben Medium über mehrere Höhenstufen gehoben werden muß (beachte aber, daß das Medium "bergab" von alleine fließt und evtl. sogar der Druck durch Drosseln begrenzt werden muß, damit er unten nicht zu hoch ansteigt), im Flachland dürfte die Rohrreibung überwiegen.
Angenohmen die Pipeline startet auf 200m und endet auch auf 200m. Dazwischen liegen 100km und es werden 2000m H=F6henunterschied =FCberwindet. Braucht man dann keine zus=E4tzlichen Pumpen?
Rohrdurchmesser werd ich 81cm annehmen und die Berechnungen f=FCr Roh=F6l und Erdgas durchf=FChren.
Aber ich muss doch trotzdem die Energie erst reinstecken, sonst bekomm ich das Zeug ja nicht =FCber den Berg? Bergab beschleunigt es dann wieder selber, und erzeugt so Energie, das ist mir schon klar.
Ja klar, aber die brauchst du ja eh. Es macht nur eben keinen nennenswerten Unterschied ob du nun über einen Berg musst oder nicht, solange das Rohr halt nicht unterbrochen ist.
Also das einzige was wirklich ausschlagebend f=FCr die Anzahl der Pumpstationen ist, sind die L=E4nge der R=F6hre und die Reibung?
Das Rohr nicht unterbrochen durch was? Irgendwelche L=F6cher sind da sicher nicht gemeint. Kenn mich leider mit der Pipelintechnik nicht aus. Aber falls ihr online Lekt=FCre dazu wisst, werd ich mir das gerne anschauen.
Das kann man so pauschal nicht sagen. Beim System Pumpe-Rohrleitung gilt es verschiedene Energieformen (geod=E4tisch, statisch, dynamisch) zu ber=FCcksichtigen. (S. Literaturempfehlung weiter unten.)
Mit Unterbrechung ist z. B. ein zur umgebenden Atmosph=E4re offener Auffangbeh=E4lter gemeint.
Wenn du deine Pipeline inclusive Pumpstationen als ein Pumpe-Rohrleitungs-System betrachtest, hilft dir u. U. die KSB-Publikation "Auslegung von Kreiselpumpen", die unter
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Download bereitsteht, weiter. Dort ab Seite 16 sind die Zusammenh=E4nge sehr verst=E4ndlich und praktisch nachvollziehbar erl=E4utert.
Wenn der Anfangs- und der Endpunkt der Pipeline exakt auf der gleichen (geod=E4tischen) H=F6he liegen _und_ der umgebende Luftdruck an beiden Seiten gleich ist, musst du (im station=E4ren Betrieb bei vollst=E4ndig gef=FClltem Rohr!) nur die dynamischen Verluste (Reibung und Beschleunigung) durch deine Pumpen =FCberwinden.
Hieraus entnehme ich, dass die "Erstbef=FCllung" der Pipeline bei jedem Produktwechsel von Erdgas zu Roh=F6l erneut erfolgen muss, daher wirst du nicht umhinkommen, die Pumpen f=FCr diese Erstbef=FCllung auszulegen. Evtl. kannst du f=FCr die Erstbef=FCllung eine geringere Geschwindigkeit tolerieren?
Am Thu, 24 May 2007 18:55:37 +0300 schrieb Micael Guignard:
[...]
Na klar. Das wäre die Inbetriebnahme. Hierzu könnte man durchaus andere Pumpen verwenden, die viel weniger Fördermenge bringen, dafür jedoch eine grosse Förderhöhe aufweisen. Zu berücksichtigen sind, wie bereits gesagt, jedoch auch die zulässigen Drücke in den Rohren. Zwar braucht man für den stationären Betrieb in diesem Fall die geodätische Höhe nicht zu berücksichtigen, das heisst jedoch nicht, dass der Druck auf Minus 2000 m einen Betrag von rund 200 bar (!) aufweist. Und da wird es jetzt interessant ...
Nein, die ist nicht ganz egal. Da es mit zu- bzw. abnehmender Temperatur zu Schwankungen kommt (hervorgerufen hauptsächlich durch Sonneneinstrahlung, Tageszeit, Jahreszeit und Höhe), muss auch die Topographie beachtet werden.
Das gilt aber nur, wenn Anfangs- und Endpunkt oben liegen (oder Du ideale verlustfreie Turbogeneratoren hast). Heberleitungen funktionieren nur bis maximal 10 m und auch das nur bei gasfreiem Wasser.
Vielleicht kann jemand mal aus den Daten hier was durch rechen:
40 Zoll Roh=F6lpipeline mit einer L=E4nge von 80km
- Viskosit=E4t des Roh=F6l bei 40 Grad =3D 4
- R=F6hrendurchmesser: 40 Zoll (1016mm)
- Transportvolumen: 40 Mio. Tonnen / Jahr
- Start auf: 500m
- Ende auf: 200m
Profil der Leitung:
- 500m auf 1000m ... 20km - durchsch. Steigung 2.5%
- 1000m auf 700m ... 15km - durchsch. Gef=E4lle 2%
- 700m auf 900m ... 10km - durchsch. Steigung 2%
- 900m auf 200m ... 35km - durchsch. Gef=E4lle 2%
Zum Reibungsverlust bzw. max. Druck der R=F6hre hab ich nicht wirklich was gefundn.
Ich hoffe, dass das genug Angaben sind um eine Berechnung hinsichtlich des Drucks zu machen. Um dann daraus die Anzahl der Pumpen bestimmen zu k=F6nnen.
Natürlich. Aber die Ablaufseite "saugt" mit maximal ein Bar. Du mußt also die volle Höhe pumpen und gerade nicht, wie behauptet, nur die Differenz zwischen ein- und Auslaß.
Wie gesagt, es kommt darauf an. Du startest bei 500 m und kommst raus auf
200 m. Das heisst, dass Du bereits einen geodätischen Druckunterschied von rund 30 bar (bei Wasser) hättest. Das würde bedeuten, dass die von Dir zu fördernde Menge an Wasser 30 bar an Druckverlusten in den Rohren verbrauchen darf. Damit das funktioniert, muss die Rohrleitung vorgefüllt werden. Also könnte man zur höchsten Stelle das Medium hochpumpen. Geht man mal von den 200 m aus müsste also 800 m hochgepumpt werden, was technisch mit mehrstufigen Pumpen möglich wäre.
Allerdings hast Du auf 200 m einen hydrostatischen Druck von 80 bar (!) in den Rohrleitungen, was technisch sicher keine gute Idee ist. Die Berechnung der Druckverluste wird hier sicherlich keiner für Dich übernehmen. Schau Dich doch mal bei Pumpenherstellern (z.B.
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um. Da bekommst Du eine Gefühl dafür, wieviel Druck von Kreiselpumpen bei Deiner Fördermenge aufgebaut werden kann. Du wirst sicherlich drucklose Entspannungsbereiche schaffen müssen. Wenn Du von einer PN40 Rohrleitung ausgehst, musst Du quasi immer bei spätestens 400 m Höhenunterschied eine Entspannung vorsehen, von wo aus weitergepumpt wird (zumindest bergauf). Bergab musst Du auch Entspannungsbecken vorsehen, wirst aber unter Umständen keine Pumpen mehr benötigen. Ob der Höhenunterschied zur Förderung ausreicht muss über eine Druckverlustberechnung ermittelt werden. Hierzu seien Dir die im Internet mannigfaltigen Skripte zum Thema Strömungslehre ans Herz gelegt.
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