Нефтепровод переменного диаметра

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 4Следующая ⇒

Рассмотрим сложный нефтепровод, который имеет участки с различными диаметрами. Необходимо определить размер эквивалентного ему нефтепровода (рисунок 4.4).

Рис. 4.4. Расчетная схема нефтепровода переменного диаметра

Объем нефти в сложном и эквивалентном трубопроводе одинаковы и равны Q.

Потери напора на трение и в местных сопротивлениях на первом участке длинною l₁ и диаметром D₁ (потери напора в местных сопротивлениях принимаем равными 2% от потерь напора на трение) равны:

(4.48)

Аналогично определяются потери напора для второго и третьего участка

(4.49)

(4.50)

Суммарные потери напора в сложном трубопроводе

H=h₁+h₂+h₃, (4.51)

или

(4.52)

Для эквивалентного простого нефтепровода потери напора выражаются через эквивалентную длину L_экв и эквивалентный внутренний диаметр D_экв

(4.53)

Левые части уравнений (4.52) и (4.53) равны, поэтому после некоторых математических преобразований получаем

(4.54)

Для некоторого числа n последовательно соединенных участков нефтепровода с разными диаметрами

(4.55)

При практических расчетах принимают

(4.56)

и получают выражение для эквивалентного диаметра трубопровода D_экв

Параллельные нефтепроводы

Суммарный объем нефти для системы параллельных нефтепроводов (рисунок 4.5)

Q=Q₁+Q₂+Q₃, (4.57)

Рис. 4.5 Расчетная схема параллельно соединенных нефтепроводов

Для параллельно работающих трубопроводов потери давления одинаковы для каждой нитки. Применим упрощенную формулу Лейбензона для потерь напора на трение относительно объемной потери жидкости в каждой параллельной нитке трубопровода.

(4.58)

(4.59)

(4.60)

Для эквивалентного нефтепровода аналогичное выражение имеет вид

(4.61)

После подстановки (4.58)-(4.60) в выражение (4.57) и некоторых математических действий получим

(4.62)

или для n параллельных ниток расчетная формула приобретает вид

(4.63)

Если длина каждой параллельной нитки одинакова

(4.64)

тогда получаем следующую формулу для определения эквивалентного диаметра

(4.65)

Определение рабочих режимов насосов при работе на трубопровод

Режим работы центробежного насоса всегда следует рассматривать в связи с гидравлической характеристикой трубопровода. Наиболее целесообразно определять режимы работы насоса графически - путем построения на одном чертеже и в одинаковом масштабе кривой Q-Н насоса и кривой, характеризующей гидравлический режим (гидравлическая характеристика) трубопровода. Рабочий режим определяет точка пересечения обеих кривых.

Гидравлическая характеристика трубопровода представляет собой графическое изображение зависимости полного напора h, необходимого для перекачки жидкости по трубопроводу, от расхода Q.

Полный напор складывается из геодезической высоты h_г, напора h_п, необходимого для преодоления гидравлических потерь, и напора h_и, определяющего избыточное давление в концевом сечении трубопровода h= h_г + h_п + h_и.

Потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений в трубопроводе зависят от расхода, а сумма h_г + h_и определяет статический напор, который не зависит от расхода и может быть положительным (рис. 4.6, а), отрицательным (рис. 4.6, б) или равным нулю (рис.4.6, в).

h=h_ст+fQ^2-m(4.66)

где

Значения m, A, b указаны в табл. 4.4.

Таблица 4.4

Значения m, A, b

Режим течения	m	А	b
Ламинарный			128/π g
Турбулентный в зоне Блазиуса	0, 25	0, 3164	0, 242/g
Турбулентный в переходной зоне	0, 123	-	0, 0802 10^{(0, 127}^lgDэ/^{k-0, 627}⁾
Турбулентный в зоне квадратичного закона трения		l	8λ /(π ²g)

Для горизонтального трубопровода (h_ст= 0, h_и - пренебрежительно мало) гидравлическая характеристика представляет собой кривую, вершина которой проходит через начало координат (рис. 4.6, г, кривая 3). Рабочий режим насоса определяется пересечением кривой 3 с кривой Q-Н (точка А₃). Если кроме сопротивления трубопровода насос должен преодолеть высоту подъема h_г1, то гидравлическую характеристику трубопровода можно построить путем сложения статического напора h_ст1с напорами, характеризующимися ординатами кривой 3 (кривая 1).

Рис. 4.6.Совмещенные характеристики трубопровода и центробежного насоса:

1-характеристикатрубопровода с подъемом на высоту h_г1 (а); 2- характеристикатрубопровода с уклоном на величину h_г2(б); 3- характеристикагоризонтального трубопровода (в); 4- характеристика центробежного насоса.

Если пункт С расположен ниже насосной станции, то полный напор насоса, необходимый для перемещения жидкости по трубопроводу, уменьшается на разность отметок указанных точек, т. е. при определенных расходах жидкость может перемещаться самотеком. Гидравлическую характеристику трубопровода строят путем вычитания из ординат кривой 3 величины h_ст2(кривая 2). В свою очередь h_ст2 = h_г2 - h_и. В обоих случаях режим работы насоса определяют точки пересечения кривых 1 и 2 с кривой Q-Н (точки A₁ и A₂).

Причинами изменения режима работы насоса могут быть смена перекачиваемой жидкости, влияние сезонных колебаний температуры жидкости, различная технология перекачки.

Пусть жидкость перекачивается по горизонтальному трубопроводу и кривая 1 (рис. 4.7) - гидравлическая характеристика этого трубопровода, подсчитанная по средней годовой температуре на глубине его заложения. Характеристика насоса, соответствующая этой вязкости жидкости, - кривая 2. Точка А определяет режим работы насоса на данный трубопровод (Н_А, Q_А) при вязкости перекачиваемой жидкости, подсчитанной по средней годовой температуре на глубине заложения трубопровода. В зимний период вязкость жидкости больше, поэтому рабочая точка переместится в положение А₁ (пересечение гидравлических характеристик трубопровода - кривая 1' и насоса - кривая 2'). В летний период вязкость жидкости меньше и рабочая точка переместится в положение А₂ (пересечение гидравлических характеристик трубопровода - кривая 1" и насоса-кривая 2" ). Очевидно, правильно подобранным для данного трубопровода следует считать такой насос, у которого максимальные значения КПД (кривая 3) лежат в диапазоне расходов от Q_A1до Q_A2. Эта зона называется рабочей.

Рис. 4.7. Режим работы трубопровода при изменении температуры перекачиваемой жидкости.

Указанный метод определения рабочей точки достаточно прост, если рассматривается работа только одного насоса на один трубопровод постоянного диаметра. На практике для получения большого напора или расхода применяют несколько насосов. Трубопровод может состоять из нескольких участков различного диаметра, расположенных в местах с разными геодезическими отметками, или по пути следования потока осуществляется частичный сброс на эстакаду и т.п. В этих случаях построение гидравлической характеристики трубопровода, определение режима работы станции и каждого насоса в отдельности становятся более сложными.

Рассмотрим несколько случаев.

1) Трубопровод состоит из двух последовательно соединенных участков с диаметрами d₁ и d₂ (рис. 4.8, а). Жидкость перекачивается из пункта В в пункт D, разница отметок составляет h_г. Характеристика первого участка трубопровода - кривая 1, второго - кривая 2 (рис. 4.8, б). Суммарную гидравлическую характеристику трубопровода BD (кривая 3) получаем сложением кривых 1 и 2 и статического напора h_ст при одних и тех же подачах. Рабочая точка А определяется по пересечению кривых h-Q и Н-Q (кривых 3 и 4).

Рис. 4.8. Совмещенные характеристики центробежного насоса и трубопровода, имеющего последовательно соединенные участки разного диаметра:

а - схема трубопровода; б - графическое определение рабочей точки.

2) Трубопровод (рис. 4.9, а) состоит из двух параллельных участков ВС и BD (разной длины и разных диаметров). Пункты С и D расположены на том же уровне, что и пункт В, где установлен насос. На рис. 4.9, б кривая 1 - характеристика участка ВС, кривая 2 - характеристика участка BD. Суммарную гидравлическую характеристику трубопровода (кривая 3) получаем сложением расходов обеих характеристик для одних и тех же напоров. Например, при напоре h₁ отрезки kl и km - расходы в соответствующих ветвях. Суммарный расход при этом напоре kn=kl+km. И так для всего диапазона напоров. Рабочая точка А определяется по пересечению результирующей кривой 3 с кривой 4 характеристики насоса. Расход в трубопроводах при режиме А определяется по пересечению кривой напора Н_А с кривыми соответствующих характеристик участков трубопроводов. Подача Q_A равна сумме расходов Q₁ и Q₂ участков трубопровода ВС и BD.

Рис. 4.9. Совмещенные характеристики центробежного насоса и трубопровода, имеющего параллельные участки разного диаметра и длины:

а - схема трубопровода; б - графическое определение рабочей точки.

3) Трубопровод (рис. 4.10, а) имеет конечные пункты С и D, расположенные выше пункта В соответственно на h_г1 и h_г2.

Порядок определения суммарной гидравлической характеристики трубопровода и рабочей точки остается таким же, как в случае 2

Рис 4.10. График рабочего режима с учетом нивелирных отметок:

а - схема трубопровода; б - графическое определение рабочей точки.

4) Трубопровод (рис. 4.11, а) на некотором расстоянии от начального пункта В имеет пункт сброса С с постоянным расходом Q₁. Для определения рабочего режима насоса необходимо построить гидравлическую характеристику участка трубопровода ВС (кривая 1, рис. 4.11, б) для всего диапазона расходов и гидравлическую характеристику участка CD (кривая 2). При сложении ординат кривых 1 и 2, поскольку участки ВС и CD представляют последовательное соединение, для одних и тех же значений расхода получаем гидравлическую характеристику трубопровода BD без сброса в пункте С (кривая 3). Точка А' определяет режим работы насоса на трубопровод BD без сброса. Затем строят характеристику для участка CD (кривая 2') так, чтобы нулевая точка была смещена от начала координат на величину сброса Q₁. Это количество жидкости подается через участок трубопровода ВС, так как Q= Q₁+ Q₂, но не проходит через участок CD.

Результирующая характеристика (кривая 3') трубопровода BD при действующем сбросе получается при сложении ординат кривых 1 и 2' для одних и тех же значений расходов. Рабочая точка А определяется по пересечению кривых h-Q и Н-Q. По графику можно легко найти количество жидкости Q₂, поступающей в пункт D. Если сброс прекратить, то режим работы насоса переместится в точку А', так как сопротивление возрастет, а подача насоса упадет с Q до Q'.

Рис. 4 11. График рабочего режима центробежного насоса при наличии сброса части жидкости:

а - схема трубопровода; б - графическое определение рабочей точки.

5) Трубопровод (рис. 4.12, а) на некотором расстоянии от начального пункта В имеет пункт С с постоянной подкачкой Q_п. Рабочий режим системы определяется следующим образом. Строится гидравлическая характеристика участка ВС (кривая 5, рис. 4.11, 6) для всего диапазона расходов и гидравлическая характеристика участка CD (кривая 6). Затем кривую 6 необходимо сместить влево на величину постоянной подкачки Q_п - получится кривая 4, которая характеризует режим работы участка CD во всем диапазоне расходов с постоянной подкачкой Q_п.

Складывая ординаты кривых 4 и 5 (соединение участков ВС и BD при включенном пункте подкачки С-последовательное), получим кривую 2, точка пересечения которой А с кривой 1 определяет режим работы системы при включенном пункте подкачки С. Насос создает напор Н_А при подаче Q_A. В пункт D поступает количество жидкости Q = Q_A+ Q_п. При отключении пункта подкачки режим системы определяет точка Б (результат пересечения кривой 1 с кривой 3, которая получается сложением ординат кривых 5 и 6, характеризующих режим работы отрезков трубопровода ВС и CD без подкачки). Из рисунка видно, что Q всегда будет меньше Q_б+Q_п, и следует подчеркнуть, что эффективность использования подкачки будет тем меньше, чем больше крутизна характеристики участка CD.

Рис. 4.12. График рабочего режима центробежного насоса при наличии подкачки с постоянным расходом Q_П;

а - схема трубопровода; б - графическое определение рабочей точки.

6) Сложный трубопровод (рис. 4.13, а), состоящий из параллельных участков ВС и ЕС и последовательно присоединенного к ним участка CD. В пунктах В и С установлены одинаковые насосы № 1 и № 2 с напорной характеристикой, определяемой кривой 1 (рис. 4.13, 6). Суммарная напорная характеристика параллельно работающих одинаковых насосов - кривая 2. Гидравлические характеристики участков ВС, ЕС и CD представлены кривыми 3, 4 и 7; суммарная гидравлическая характеристика параллельных участков ВС и ЕС - кривой 6, а всей параллельно-последовательной системы - кривой 5. Точка (А) пересечения суммарных кривых 2 и 5 определяет режим работы системы. Каждый из насосов создает напор Н_А, а расход Q_Б, причем Q_A= 2 Q_Б. При расходе Q_Б на участке ВС требуется напор Н_Б1, а на участке ЕС - Н_Б2. Отрезки Н_А- Н_Б1 и Н - Н_Б2 характеризуют влияние сопротивления участка CD на соответствующий насос. Режим работы системы при отключении какого-либо насоса определяется точкой пересечения кривой 1 с соответствующей суммарной кривой, найденной сложением ординат кривых 3 и 7 или 4 и 7.

С увеличением крутизны кривой 7 снижается эффективность работы насоса. Особенно внимательно следует проверять режим работы такой сложной системы при использовании разных насосов. На рис. 4.7 кривые 1 и 1' определяют напорные характеристики разных центробежных насосов № 1 и № 2 (см. рис.4.13, а). Остальное построение аналогично рассмотренному на (рис. 4.13, 6). Режим системы определяет точка А. Насос № 1 работает в режиме, определяемом точкой Б₁, а № 2- точкой Б₂. Подача насосов соответственно Q_Б1 и Q_Б2, а напор, создаваемый ими, - Н_А, причем Q_A = Q_Б1+ Q_Б2. При указанных подачах на участке ВС требуется напор h₁, а на участке ЕС-h₂ > H_A. Последнее противоречит физическому смыслу, следовательно, насос № 2 необходимо поставить в пункте В, а насос № 1-в пункте Е. Тогда на участке ВС при расходе Q_Б1, потребный напор будет h₁', а на участке ЕС при расходе Q_Б2- h₂'. Здесь следует подчеркнуть, что насос с меньшей напорной характеристикой следует ставить на участке с большей крутизной гидравлической характеристики, а насос с большей напорной характеристикой, наоборот, на участке с меньшей крутизной гидравлической характеристики. Отрезки Н_А- h₁' и Н_А- h₂' характеризуют влияние сопротивления участка CD на соответствующий насос. С увеличением крутизны кривой 7, т.е. с увеличением сопротивления в трубопроводе на участке CD, эффективность работы насосов будет еще ниже.

Рис. 4.13.График рабочего режима одинаковых центробежных насосов при работе на трубопровод, имеющий параллельно-последовательно соединенные участки разного диаметра и длинны:

а - схема трубопровода; б - графическое определение рабочей точки.

Рис. 4.14. График рабочего режима разных центробежных насосов при работе на трубопровод, имеющий параллельно - последовательно соединенные участки разного диаметра и длинны

3.Термины, определения и используемые сокращения

Линейная часть магистрального нефтепровода – совокупность участков трубопровода, соединяющих нефтеперекачивающие станции между собой либо с приемо-раздаточными пунктами и сооружениями, входящими в состав нефтепровода.

К сооружениям линейной части магистрального нефтепровода относятся: собственно трубопровод, переходы через естественные и искусственные препятствия, линии электропередач и технологической связи, электроустановки на трассе, установки электрохимической защиты от коррозии, устройства энергосбережения и дистанционного управления запорной арматурой и установками электрохимической защиты, лупинги, узлы приема и пуска очистных и диагностических устройств, вертолетные площадки, опознавательные и сигнальные знаки, площадки для локализации и сбора нефти, противопожарные средства, противоэрозионные защитные сооружения, вдоль трассовые проезды и переезды через нефтепровод и подъезды к ним, постоянные дороги.

Охранная зона магистрального трубопровода (нефтепровода) – территория с особыми условиями землепользования, прилегающая к трубопроводным объектам, устанавливаемая с целью обеспечения нормальных условий эксплуатации и исключения возможности повреждения трубопроводных объектов.

Трасса трубопровода – линия (на карте или условная на местности), обозначающая местоположение и направление трубопровода.

Подземный переход магистрального нефтепровода – участок подземного нефтепровода при переходе через естественную или искусственную преграды.

Подводный переход магистрального нефтепровода – участок нефтепровода, проложенный через реку или водоем шириной в межень более 25 м.

Воздушный переход магистрального нефтепровода – участок надземного нефтепровода, проложенного на специальных опорах при переходе через естественную или искусственную преграды.

Эксплуатация магистрального нефтепровода – совокупность процессов приемки, сдачи и технического обслуживания, диагностики и ремонта объектов магистрального нефтепровода.

Перекачка – процесс перемещения жидкости по трубопроводу с помощью насосных установок.

Гидравлический уклон – потери напора на трение, отнесенные к единице длинны трубопровода, другими словами, это тангенс угла наклона линии падения напора.

Лупинг - участок трубопровода, который прокладывается параллельно основной магистрали с целью уменьшения гидравлического сопротивления, что приводит к увеличению пропускной способности нефтепровода.

Вставки - участки трубопроводов другого диаметра, соединенные сваркой в одну нитку с основной магистралью.

⇐ Предыдущая 123 4 Следующая ⇒