книги / Трубопроводный транспорт нефти, нефтепродуктов и газа

При перекачке нефти с противотурбулентной присадкой ана­

логичным образом получаем						(
	_ [	Яр-А+N 3 ‘(hn —h0CT) —A z			12	(3 59)
	[1,02 .[f .(L P- t n) + f„-e„]+n-B\
где	f f n~ гидравлический уклон при единичном расходе вслу­
	чае транспортировки нефти с производительностью Q со­
	ответственно при наличии присадки и ее отсутствии
		8-Я	, _	»А .
	/	= n ' g - t f '	/л	**-*.0*’

£п —длина перегона, на котором осуществляется пере­ качка нефти с присадкой.

Поделив почленно уравнение (3.58) на (3.59), получаем

а	= [1 ,0 2 -[/-(^ -М + /я -1 л ]+ я -Д | 2-				(3.60)
Q	1	1,02 f 0 LP+n B		|
Введя обозначения		Q 1	t		после не­
		2Г=— .^	=— и ^ = 102.у .^

сложных преобразовавний получим, что количеством перека­

чивающих станций п0можно обеспечить перекачку нефти с рас­

ходом Q, если на участке, где нефть течет в смеси с присадкой,

коэффициент гидравлического сопротивления составит

Ап =А-\1-1- 1 + v — Г		•к* +	1
			___
,	1
	X	И	J_

(3.61)

где	А —коэффициент гидравлического сопротивления при
	перекачке нефти с расходом Q без присадки; X —коэф­
	фициент увеличения производительности нефтепро­
	вода, работающего числом станций п, после введения
	противотурбулентной присадки.

Требуемая величина коэффициента А(в) при известном зна­ чении Хпопределяется как

1 + 3,745 -Д Г

Re1у]Лп

0,88 - V i

По известной величине А(в) из формул (3.55) или (3.56) можно найти искомую концентрацию присадки, обеспечивающую выполнение заданного объема перекачки меньшим, чем расчетное, числом НПС.

Следует отметить, что при прохождении через центробежные насосы противотурбулентные присадки разрушаются. Поэтому присадку надо вводить либо на одном перегоне между станциями, либо на нескольких, что обеспечит увеличение (п. Решение о количестве точек ввода присадки принимается на основании решения технико-экономической задачи.

При округлении числа перекачивающих станций п0 в большую сторону, в трубопроводе установится расход Q > QnjI (рис. 3.16). Если нет возможности обеспечить такую производительность, требуется снизить напоры нефтеперекачивающих станций. Уменьшить напоры НПС можно следующими способами: от­ ключением части насосов, установкой сменных роторов, умень­ шением числа оборотов вала насоса, а также обточкой рабочих колес.

Рис. 3.16. Совмещенная характеристика нефтепровода при округлении числа НПС в большую сторону:

1 — характеристика трубопровода; 2 —суммарная характеристика л НПС без регулирования (л>л0); 3 —то же с регулированием

Проще всего произвести отключение части насосов: эта опе­ рация позволяет дискретно уменьшить суммарный развиваемый станциями напор на величину, кратную 200...300 метрам. Уста­ новка сменных роторов позволяет произвести понижение напо­ ра более тонко (на 20...30 м для каждого магистрального насоса), но также дискретно. Уменьшением числа оборотов вала насоса или его привода регулирование величины напора можно произ­ водить плавно, точно на требуемое значение. Обточка рабочих колес наиболее нежелательный метод регулирования, так как она необратима. Если подвергать обточке роторы всех основных насосов на п перекачивающих станциях, то напор одной стан­ ции должен составлять

	_ H - N 3hn	(3.63)
	Нет ~

Методика расчета необходимого числа оборотов вала насоса или необходимого диаметра его рабочего колеса приведена в п. 3.12.

Наиболее рациональным является обеспечение плана пе­ рекачки числом станций п > п0 путем переменного включения и отключения части насосов на НПС. При циклической пере­ качке эксплуатация нефтепровода осуществляется на двух ре­ жимах (рис. 3.17): часть планового времени т2 перекачка ведется на повышенном режиме с производительностью Q2>Q (напри­ мер, если на каждой НПС включено тм магистральных насо­ сов). Остаток времени т, нефтепровод работает на пониженном режиме с производительностью Qr < Q (например, если на каж­ дой НПС включено ти —1 магистральных насосов).

Параметры циклической перекачки определяются решением

системы уравнений
	\Q\t\ + QiTi = Угод •	(3 ^4^
	1Г1+ Т2 = 24-Ур ,
где	Уюд — плановый (годовой) объем перекачки	нефти,
	Уюд= 24NpQnjI; т,, т2 —продолжительность работы неф­
	тепровода на первом и втором режимах.

Значения Q{ и Q2определяются графически из совмещенной характеристики нефтепровода и нефтеперекачивающих станций (рис. 1.9) либо аналитически.

Рис. 3.17. Совмещенная характеристика нефтепровода при циклической перекачке:

1 - характеристика нефтеперекачивающих станций до отключения части на­ сосов; 2 —характеристика нефтеперекачивающих станций после отключения части насосов; 3 - характеристика трубопровода

Решение системы (3.64) сводится к вычислению времен ххи т2:

24-N p{Q2- Q nj])	24 - А Г Д С м - а )	(3.65)
е2-а
	Ô 2 - Ô 1

3.8. Расстановка перекачивающих станций по трассе нефтепровода

Расстановка перекачивающих станций выполняется графи­ чески на сжатом профиле трассы. Метод размещения станций по трассе впервые был предложен В. Г. Шуховым и носит его имя. В основе метода лежит уравнение баланса напоров.

Рассмотрим реализацию этого метода на примере одного эксплуатационного участка для случая, когда лупингов (вста­ вок) нет. Допустим, что в работе находятся три перекачиваю­ щие станции (рис. 3.18), оборудованные однотипными магист­ ральными насосами и создающие одинаковые напоры НС1Л = =Нсп = Нсп. На головной НПС установлены подпорные насо­ сы, создающие подпор В конце трубопровода (эксплуатаци­ онного участка) обеспечивается остаточный напор hQcr

94

Рис. 3.18. Расстановка перекачивающих станций по трассе нефтепровода методом В. Г. Шухова

Из начальной точки трассы вертикально вверх отложим отре­ зок АС, равный суммарному напору, развиваемому подпорными насосами и перекачивающими станциями, А С= hn+ пНст, а из конечной точки отрезок ВХВ, равный остаточному напору Аосг Соединив точки С и В согласно уравнению (3.46), получаем ли­ нию гидравлического уклона с учетом местных сопротивлений.

Местоположение на трассе промежуточных НПС определя­ ется проведением линий, параллельных линии гидравлического уклона через вершины отрезков Нсп и # сп+ # сп . Расположение второй нефтеперекачивающей станции на профиле трассы соот­ ветствует точке М, а третьей —точке N.

Добавляя к напору станции подпор hm передаваемый ГНПС, получим линию распределения напоров по длине нефтепровода.

95

Докажем, что местоположение второй НПС определено верно. Суммарный напор, развиваемый ГНПС, равен hn+ Нст. Этот на­ пор равен сумме потерь напора 1,02 •/•£,, разности нивелирных высот Azt = z M—zA, а также остаточного напора на входе во вторую НПС. Таким образом, на перегоне между ГНПС и НПС-2 урав­ нение баланса напоров при проектной производительности вы­ полняется. Следовательно, положение НПС-2 найдено верно.

Аналогичным образом можно доказать, что правильно най­ дено и положение третьей НПС.

Рассмотренный метод расстановки НПС по трассе нефтепро­ вода применим в том случае, когда на поле чертежа достаточ­ но места для построения суммарного развиваемого напора всех НПС. Такая возможность при значительном числе нефтепере­ качивающих станций, как правило, отсутствует. Поэтому боль­ шее распространение получил метод расстановки станций с ис­ пользованием гидравлического треугольника.

Он строится следующим образом. Для перегона произволь­ ной длины £ (например, £ = 100 км) вычисляют потери на­ пора на трение и местные сопротивления при проектной производительности 1,02 / £. После этого в горизонтальном масштабе откладывают расстояние £ (отрезок ab), а в верти­ кальном масштабе величину 1,02 /' £ (отрезок ас). Соединив точки с и Ь, получают линию гидравлического уклона, учиты­ вающую наличие местных сопротивлений.

Для выполнения построений вершину с гидравлического тре­ угольника, перенесенного на шаблон, совмещают с концом от­ резка # сл, а отрезок ас с вертикалью. Пересечение отрезка сb (или его продолжения) с профилем трассы дает точку М, где должна находиться НПС-2. Дальнейшие построения выполня­ ются аналогично: из точки М вертикально вверх откладывается отрезок Нсп, с его концом совмещают вершину гидравлическо­ го треугольника и так далее. По сути, это тот же метод Шухо­ ва, только суммарный развиваемый напор откладывается не в одной точке, а распределяется по трассе нефтепровода.

Недостатком данного метода является то, что, как при пере­ носе гидравлического треугольника на шаблон, так и при его ис­ пользовании, накапливается погрешность, в результате которой

линия гидравлического уклона от последней НПС не приходит в конечную точку с остаточным напором Лосг.

Увеличение точности расстановки станций достигается по­ строением гидравлического треугольника непосредственно на профиле трассы (рис. 3.19). Для этого вычисляют длину перего­ на, на который хватило бы напора Нсп при условии, что трубо­ провод был бы горизонтальным,

|* _ НСТ\

(3.66)

'1,02-Г

иоткладывают ее от начала нефтепровода с учетом горизонталь­ ного масштаба. Соединив конец отрезка Нстхс полученной точ­ кой, находят линию гидравлического уклона. Точка пересечения данной линии (или ее продолжения) с линией профиля трассы (точка М) соответствует месту расположения второй НПС.

Рис. 3.19. Расстановка нефтеперекачивающих станций и лупингов по трассе нефтепровода

Далее из точки М откладывается напор Нсп и через получен­ ную точку проводится линия гидравлического уклона, парал­ лельная предыдущей. Точка ее пересечения с линией профиля трассы дает местоположение третьей НПС (точка N).

При наличии лупингов (вставок) задача расстановки нефте­ перекачивающих станций по трассе усложняется, так как необ­ ходимо распределять общую длину лупингов (вставок) по пере­ гонам между станциями. Строгих правил такого распределения не существует, так как с точки зрения гидравлики лупинг (встав­ ка) может размещаться где угодно.

Рассмотрим особенности расстановки ПС по трассе нефте­ провода в этом случае. Исходные данные для построения при­ мем как в случае, рассмотренном выше.

Дополнительно строится гидравлический треугольник abd. Его гипотенуза bd определяет положение линии гидравлическо­ го уклона на участке с лупингом 1Л(рис. 3.19).

Из точек Си В строится параллелограмм CFBK, стороны FB и СК которого параллельны линии bd, а стороны CF и ВК —па­ раллельны линии Ьс гидравлических треугольников abc и abd. При этом горизонтальные проекции отрезков CF и ВК равны протяженности лупинга в горизонтальном масштабе.

Как видно из рисунка, при размещении всего лупинга в на­ чале нефтепровода линия падения напора будет изображать­ ся ломаной СРВ, а в случае расположения его в конце нефте­ провода —ломаной СКВ. По правилу параллелограмма лупинг можно размещать в любом месте трассы, поскольку все вариан­ ты гидравлически равнозначны. Лупинг также можно разбивать на части. Однако предпочтительнее размещать лупинг (или его части) в конце трубопровода (перегонов между перекачивающи­ ми станциями), так как в этом случае металл труб наименее на­ гружен давлением.

Расстановка нефтеперекачивающих станций по трассе в слу­ чае прокладки лупинга выполняется в следующем порядке. Из точек Сг и С3 строятся части аналогичных CFBK параллелограм­ мов до пересечения с профилем трассы. Таким образом, вторую перекачивающую станцию можно разместить в зоне возможно­ го расположения В ^ , а третью — в зоне В3Ку Предположим,

кладываем их в вертикальном масштабе из точки А, после чего через концы отрезков проводим искомую линию.

Поскольку точка Afj, где должна была бы разместиться вторая НПС при отсутствии лупинга (вставки), находится на «запре­ щенном» участке, то ее целесообразно перенести туда, где этот участок заканчивается (точка М).

Из точки М откладываем в вертикальном масштабе величину подпора hn и из вершины полученного отрезка проводим линию гидравлического уклона 1,02 Точка пересечения этой линии с линией гидравлического уклона 1,02 / дает нам длину лупинга 1т для первого перегона между станциями.

Если бы на втором перегоне не было лупинга, то линия гид­ равлического уклона, проведенная из конца отрезка длиной НСТ2, пересекла бы профиль трассы в точке Nv Это ближе, чем начи­ нается участок, «запрещенный» для размещения станций. Поэто­ му в принципе лупинг на втором перегоне можно не сооружать. Однако для выравнивания протяженности перегонов принимаем решение о размещении третьей НПС в точке N —то есть перед началом второго «запрещенного» участка. Размещение третьей НПС в точке TV2 делает второй перегон слишком протяженным. Дальнейшие построения выполняются так же, как и для первого перегона между нефтеперекачивающими станциями. Подобным образом повторяются все построения и для третьего перегона.

Для нефтепроводов большой протяженности, состоящих из нескольких эксплуатационных участков, расстановка НПС про­ изводится аналогично. При этом в конце каждого эксплуатаци­ онного участка должен быть обеспечен остаточный напор Лосг

3.9. Расчет нефтепровода при заданном положении перекачивающих станций

В соответствии с нормами технологического проектирова­ ния, перекачивающие станции предпочтительно размещать вблизи населенных пунктов, источников энерго- и водоснаб­ жения, существующей сети железных и шоссейных дорог. Кро­ ме того, определенные требования предъявляются и к площадкам НПС. Таким образом, в ряде случаев местоположение НПС мо­ жет быть задано изначально, юо