1. Порядок проектирования маг тдов

• Название: 1. Порядок проектирования маг тдов
• Анкор: GOSNIKI_7_raspechatat_novye_isprav.doc
• Дата: 01.04.2018
• Размер: 12.69 Mb.
• Имя файла: GOSNIKI_7_raspechatat_novye_isprav.doc
• Тип: Документы; #17501
• страница: 3 из 17

Определение числа перекачивающих станций

На этапе проектирования нефтепроводов, когда требуемая (плановая) производительность нефтепровода Q_плзадана, урав­нение баланса напоров используется для определения расчет­ного числа нефтеперекачивающих станций п₀. Полагая п = n₀

(3.49)

В формуле (3.49) напор станции определяется при использо­вании роторов наибольшего диаметра из предусмотренных для данного типа насосов.

Как правило, значение n₀ оказывается дробным и его следует округлить до целого числа.

Рассмотрим вариант округления числа ПС в меньшую сто­рону (рис. 3.15). При п < п₀напора станций для обеспечения плановой производительности Q_плнедостаточно, поэтому не­обходимо уменьшить гидравлическое сопротивление трубопро­вода прокладкой дополнительного лупинга (устройством встав­ки большего диаметра) или применением противотурбулентной присадки. При этом характеристика трубопровода станет более пологой и рабочая точка А₁сместится до положения А₂.


Рис. 3.15. Совмещенная характеристика нефтепровода при округлении числа НПС в меньшую сторону:

1 — характеристика трубопровода постоянного диаметра; 2 — характеристика трубопровода с лупингом; 3 — характеристика нефтеперекачивающих станций (nlл для обеспечения проектной производительности числом станций п < п₀определим следую­щим образом.



Аналогичное выражение можно получить и для длины встав­ки большего диаметра



При округлении числа перекачивающих станций п₀ в большую сторону, в трубопроводе установится расход Q> Q_пл(рис. 3.16). Если нет возможности обеспечить такую производительность, требуется снизить напоры нефтеперекачивающих станций. Уменьшить напоры НПС можно следующими способами: от­ключением части насосов, установкой сменных роторов, умень­шением 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 п НПС без регулирования (n>n0); 3 — то же с регулированием

Наиболее рациональным является обеспечение плана пе­рекачки числом станций п > п₀путем переменного включения и отключения части насосов на НПС. При циклической пере­качке эксплуатация нефтепровода осуществляется на двух ре­жимах (рис. 3.17): часть планового времени τ₂ перекачка ведется на повышенном режиме с производительностью Q₂>Q(напри­мер, если на каждой НПС включено т_ммагистральных насо­сов). Остаток времени τ₁нефтепровод работает на пониженном режиме с производительностью Q₁<Q(например, если на каж­дой НПС включено т_м— 1 магистральных насосов).

Параметры циклической перекачки определяются решением системы уравнений



V_юд— плановый (годовой) объем перекачки нефти,

V_год— 24Np • Q_пл; τ₁ τ₂ — продолжительность работы неф­тепровода на первом и втором режимах.

Значения Q₁и Q₂определяются графически из совмещенной характеристики нефтепровода и нефтеперекачивающих станций либо аналитически.



Рис. 3.17. Совмещенная характеристика нефтепровода при циклической перекачке:

/ — характеристика нефтеперекачивающих станций до отключения части на­сосов; 2 — характеристика нефтеперекачивающих станций после отключения части насосов; 3 — характеристика трубопровода

Решение системы (3.64) сводится к вычислению времен τ1 и τ2



Расстановка перекачивающих станций по трассе нефтепровода

Расстановка перекачивающих станций выполняется графи­чески на сжатом профиле трассы. В основе метода лежит уравнение баланса напоров.

Допустим, что в работе находятся три перекачиваю­щие станции (рис. 3.18), оборудованные однотипными магист­ральными насосами и создающие одинаковые напоры Н_ст1 = Н_СТ2 = H_CT3. На головной НПС установлены подпорные насо­сы, создающие подпор hп. В конце трубопровода (эксплуатаци­онного участка) обеспечивается остаточный напор h_ocт



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

Из начальной точки трассы вертикально вверх отложим отре­зок АС, равный суммарному напору, развиваемому подпорными насосами и перекачивающими станциями, АС = h_n+ nH_cта из конечной точки отрезок В₁В, равный остаточному напору h_осг Соединив точки С и В получаем ли­нию гидравлического уклона с учетом местных сопротивлений.

Местоположение на трассе промежуточных НПС определя­ется проведением линий, параллельных линии гидравлического уклона через вершины отрезков Н_ст1и Н_ст1+Н_ст2Расположение второй нефтеперекачивающей станции на профиле трассы соот­ветствует точке М, а третьей — точке N.

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

Докажем, что местоположение второй НПС определено верно. Суммарный напор, развиваемый ГНПС, равен h_n+ H_CT. Этот на­пор равен сумме потерь напора 1,02 • i • l₁разности нивелирных высот Δz_l= z_M— z_A, а также остаточного напора на входе во вторую НПС. Таким образом, на перегоне между ГНПС и НПС-2 урав­нение баланса напоров при проектной производительности вы­полняется. Следовательно, положение НПС-2 найдено верно.

14.Н\ды со сбросами и подкачками. Перекачка н. по маг. н\дам нередко сопровождается отборами (сбросами) н. для снабжения попутных потребителей. Сбросы м. б. непрерывными и периодическими. Непрерывный - для пополнения запасов близлежащих н\баз.

В случае прохождения трассы н\да вблизи н\промыслов, м. б. организована подкачка н. в т\д. В зависимости от мощности месторождения подкачка т.ж. м. б. непрерывной или периодической.

Рассмотрим режимы работы при периодических сбросах и подкачках. Предположим, что пункт сброса (подкачки) расположен на территории с-й ПС. Участок от нач т.\да до пункта сброса назовем левым, а от пункта сброса до кон. пункта н\да правым.

Н\д со сбросом.Наличие попутного сброса равнозначно параллельному подключению к осн. магистрали, т.е их характеристики складываются

Раб. т. М₂ оказалось правее, т.е. производит.-ть откачки н. с головн. станции увелич.-ся, собств.-е диф. напоры станций, расположенных слева уменьш.-ся. Из-за увел.-ся произв.-ти на лев. участке стан.-ся больше величина гидр. уклона.

Это привод к тому, что по мере увеличения номера НПС их подпор уменьшается (наклон больше) и самое слож. положения с С-й станции (с т. зрения безкав-го режима).



Совм. характеристика насосн. станции и т\да:

Определим крит. знач.-я расхода Q_KPи сброса q_Kp, соответствующие мин.-му доп.-у подпору на ней

Примем, что все НПС оборудованы однотипными насосами. Тогда напор - А,В — коэф. суммарной напорной характеристики маг.-х насосов пс, Для левого участка т\да ур.-е баланса напоров в случае перекачки с критическим сбросом имеет вид где ∆Z_лев — разность геодез. отметок конца и нач. участка н\да до места сброса,:

Для опред.-я величины критич. сброса q_KP, запишем ур-е баланса напоров для правого участка т\да



Самый большой напор будет на выходе n-й НПС. Его величина не должна превышать H_ПСmax. Найдем величину критич. сброса из условия, что Выражаем q_KP:



Если треб. велич. сброса превышает доп.q_KP, то необходимо прибегнуть к регулированию. Если величина сброса лимитируется подпором какой-либо НПС, то надо уменьшить произв.-сть н\да (дросселированием) или уменьшив напоры станций за пунктом сброса. Если же величина сброса лимитируется напором ,уменьшают напоры и увел. гидрав. сопротивление в левой части т\да.

Н\д с подкачкой. В случае подкачки гидр. сопротивление правого участка т\да возрастает, что приводит к уменьшению расхода нефти, откачиваемой с ГПС. Вследствие этого подпоры на входе НПС, распол.-х на левом участке н\да, будут возрастать и достигнут наибол. знач. у станции, где производится подкачка, то есть на с-й НПС. В правом участке расход увеличится на величину подкачки, что приведет к уменьшению подпоров НПС, расположенных в правой части т\да.

Т. о., Крит. подкачку q_KPнадо находить из 2-х условий: 1) напор на выходе с-й НПС достигает max доп.-го значения Н_ПСmax; 2) подпор на n-й НПС равен мин. доп. величине ∆H_min.

15.Увеличение производительности н\да

1. 
   Хар.-ка насосной станц.;2- Хар.-ка т\да.; М- раб. т.
   

Увелечение произв.-ти означает перемещение раб. т. вправо и это возможно сделать 2-мя способами.

Удвоение числа НПС

М в 2 раза выше.

Запишем ур.-е баланса напоров



в н\де установится производительность

2. 
   Q_x/Q =χ_НПС – коэф. увеличения пропускной способности при удвоении числа НПС, получим
   

Уч.-я, что и обозначив м. записать выражние:

Величина W представляет собой соотношение крутизны суммарной характеристики первонач. кол.-ва ПС к крутизне хар.-ки т\да.

Если принять, что напор ПС не зависит от подачи, т.е. В=0. Тогда формула примет вид: При турбулентном режиме производительность увеличиться на 41...49 %

Прокладка лупинга. Из ур.-я баланса напоров для т\да, имеющего лупинг длиной l_Л,







Т.е., увеличение подачи зависит от l_Л, соотношения диаметров оси маг. и лупинга и реж. течения.

Для D=D_Л ламинар. реж. теч.:

Если l_Л= L_{P ,} χ_луп=2. Зная значение на кот. необх. увел.-ть пр.-ть м. расчит. длину лупинга.
16. Выбор рациональных режимов эксплуатации магистрального нефтепровода

Несмотря на существование множества возможных режимов эксплуатации нефтепроводов, использовать необходимо те из них, при которых удельные затраты электроэнергии на перекачку 1 тонны нефти будут наименьшими.

Для j-того режима работы нефтепровода величина удельных энергозатрат рассчитывается по формуле



Где N_потрjn— мощность, потребляемая электродвигателями подпорных насосов головной ИС при работе на j-том режиме; N_потрij— же для электродвигателей магистральных насосов i—той НС; n —общее число работающих основных насосов на станциях при j—том режиме.

Величина мощности, потребляемой электродвигателем насоса при работе на j—том режиме, определяется по выражению



где Н_нj,Q_нj,η_нj— соответственно напор, подача и к.п.д. рассматриваемого насоса при работе на j-том режиме; η_элj —к.п.д. электродвигателя при рассматриваемом режиме; η_мех — к.п.д. механической передачи, для механической муфты можно принять η_мех= 0,99.

К.л.д. электродвигателя наиболее точно может быть найден по характеристике насоса. Если таких данных нет, то т находится с учетом потери мощности электродвигателя по формуле



где η_ном — к.п.д. электродвигателя при номинальной нагрузке, η_ном =0,96...0,98; k_з —коэффициент его загрузки, k_з =N_н/N_ном N_н —мощность на валу электродвигателя; N_ном — номинальная мощность электродвигателя.

Найденные для всех возможных режимов работы нефтепровода величины Е_удj наносятся на график в зависимости от Q_i, и через минимальные значения Е_уд при Q_i = соnst строится огибающая линия. Тем самым выявляется множество рациональных режимов эксплуатации нефтепровода.

Дальнейшие расчеты выполняются следующим образом. Пусть задан плановый объем перекачки V_пл, в течение некоторого времени τ_пл .Следовательно, средняя производительность перекачки в течение планового периода времени составит Q= V_пл /τ_пл . Поскольку, как правило, найденная величина не совпадает ни с одним из рациональных режимов, то обеспечить плановый объем перекачки возможно только при циклической перекачке на двух режимах, удовлетворяющих условию

Q₁ 2

Где Q₁,Q₂— производительность трубопровода при ближайших рациональных режимах перекачки соответственно слева и справа от величины Q.

Продолжительность работы нефтепровода на каждом из этих режимов составляет



а удельные затраты электроэнергии



17. Выбор рациональных режимов эксплуатации магистрального нефтепровода







18.Сущность послед. перекачки н. и н\тов методом прямого контактирования. Рассмотреть механизм смесеобразования в зоне контакта послед. движущих партий н\та.

Сущность послед.-ой перекачки н. прямым контактированием состоит в том, что разносортные н., отдельными партиями определенных объемов перекач.-ся по опред. т\ду.

Причины use послед. перекачки.: 1) Н. одного и того же месторождения имеют разл. хим. состав. Смешивание таких нефтей нецелесообразно т.к. усложняется процесс отделения фракций. Кроме того разл. по качеству н. имеют разную цену. Для каждой отд. н. строить отд. т\д нецелесообразно; 2) Продукты н\переработки (бензины, керосины, дизтоплива поставл.-е по т\дам) имеют не достаточные V-ы для строит. самост.-х т\дов; 3) В условиях н\баз послед. перекачка не избежна, т.к. невозможно стр.-во т\да для кажд. н\да.

Механизм смесеобразования.



При ламинарном режиме V струйки на оси трубы 2 раза выше среднего V потока. На стенке V=0 (условия прилипания). С течением времени вытесняющая ж.-ть В будет все больше вклиневаться в вытесненную ж.-ть А , а на стенках перемещ.-ся не будет. В определенный момент времени весь т\д будет заполнен последующ. перекач. ж.-ю, это фаза замещения, далее нач. фаза вымывания, тогда постеп. струйки более удаленные от оси достигают кон.-го сечения т\да. Процесс очень медленен. Для полного вымывания А необх. прокачать жидкость Б в кол.-ве 3-4 т\дов.

При турбулентном режиме.



После нач. перекачки ж.ть В вклинивается в ж.-ть А в соответсвии логар.-м профилем V-й. Однако уже в след. момент за счет попер.-х пульсаций V вклинивания ж.-ть В полностью перемешивается в переди идущую ж.-ть А. Далее эта смесь вклинивается в А, а В вклинив.-ся в смесь. Т.е. происх.-т увеличения кол.-ва смеси. Благодаря существованию попер. пульсаций, ж.-ть В не может постоян. вклиневаться в А. Кроме того А вымывается из пристенных зон и смесь движется как своеобраз. поршень.

П.п. необх. осущ.-ть при турбул. Режиме
19.Основные этапы тех. расчета н\да м\дом последовательной перекачки.

Метод последовательной перекачки заключается в том, что различные по качеству углеводородные жидкости отдельными партиями определенных объемов перекачиваются по одному т\ду.

В ходе расчета последовательной перекачки решаются следую­щие задачи:

-определение числа насосных станций;

-определение объема смеси, образующейся при вытеснении одной жидкости другой;

-определение объема партий нефтепродуктов;

• 
  определение числа циклов последовательной перекачки;
  
• 
  определение диаметра отвода от маг. и др.
  

Исходными данными для расчета н\провода явл.-ся данные о годовом объеме и свойствах н\продуктов, предназначенных к транспорту, дальности перекачки, допустимых концентрациях нефтепродуктов друг в друге, а также профиль трассы.

При гидравлическом расчете нефтепродуктопроводов сохраня­ется то же правило, что и при расчете нефте- и газопроводов: он выполняется для наиболее неблагоприятных условий.

Расчетная часовая пропускная способность нефтепродуктоп-ровода определяется как сумма объемных расходов каждого из н\продукто



где G_rодi, ρ_i - соответственно годовой план перекачки и расчетная плотность i-гo нефтепродукта; s - число последовательно пере­качиваемых нефтепродуктов.

По известному часовому расходу подбираются основные и подпорные насосы, таким образом, чтобы Q_чac была максимально близка к их номинальной подаче, удовлетворяя условию 0,8-Q_11OMч_acHOM.

Определение экономически целесообразного диаметра н\продукте провода производится, исходя из необх.-ти перекачки с расходом Q_чac наиболее вязкого из нефтепродуктов.

Далее строится совмещенная характеристика насосных станций и трубопровода при работе на каждом из нефтепродуктов. По совме­щенной характеристике определяют соответствующие рабочим точ­кам производительности перекачки каждого из нефтепродуктов Q_час1, Q_час2…Q_час,.

Определяется фактическое число суток перекачки каждого н\продукта

и проверяется выполнение условия, что суммарная продолжительность перекачки всех н\дуктов в течение года не превышает 350 суток, т.е.



средняя скорость н. в т\де



где d - внутренний диаметр трубы.

Потери напора на трение в трубе круглого сечения определяют по формуле Дарси - Вейсбаха



где λ — коэф. гидравлич. сопротивления; L — длина т\да.

Режим движения потока в т\де характеризуется числом Рейнольдса



При ламинарном режиме течения, т.е. при Rе<2320, коэф. гидравлического сопротивления определяют по формуле Стокса

При турбулентном режиме течения различают три зоны трения: гидравлич. гладких труб (λ зависит только от Rе) смешанного трения (λ зависит от Rе и относ.-ой шероховатости труб ε ), квадратичного трения (λ зависит только от ε). Границами этих зон явл.-ся переходные числа Рейнольдса



где ε= К_э/d – относит. шероховатость труб, выраженная ч\з эквивалентную шероховатость К_э (табл.) и диаметр. Условия существования различных зон трения таковы: - гидравлич. гладкие трубы



-зона смешанного трения (переходная зона)



-зона квадратичного трения

Для зоны смешанного трения λ рекомендуется вычислять по формуле Альтшуля



В зоне квадратичного трения значение λ рекомендуется опред.-ть по формуле Шифринсона



Гидравлический уклон есть потеря напора на трение на единице длины т\да



На линейной части т\да имеются местные сопротивления - задвижки, повороты, сужения и т.п. Потери напора на них определяют по формуле



где ξ_г – коэф. местного сопротивления, зависящий как от вида сопротивления, так и от характера течения жидкости.

Для маг. т\дов потери напора на местные сопротивления незначительны, их принимают равными 2% от потерь на трение.

Кроме того, в конце т\да должен поддерживаться остаточный напор Н_кп, необх.-ый для закачки н. в резервуары.

В соотв.-ии с «Нормами проект.-ния» маг.-ые н\ды протяженностью более 600 км делятся на экспл.-ые участки, длиной от 400 до 600 км. Соответственно их число составляет



На станциях, расположенных на границе экспл.-ых участков, вместимость резервуарного парка должна составлять 0,3...0,5 суточн. пропускной способ.-сти т\да. Следовательно напор Н_кп будет использован N_э, раз.

Т. о., полные потери напора в т\де



где Δz - разность геодезических отметок конца z_ги начала z₁ т\да.

Станции, расположенные на границах эксплуатационных участков, являются как бы головными для своих участков. Поэтому на них устанавливаются подпорные насосы, развивающие суммарный напор n_э-Н₂. Следовательно, суммарный напор, развиваемый насосными станциями н\да, склад.-тся из напора, развиваемого всеми подпорными насосами «головных» насосных станций N_э • Н₂ и суммарного напора n станций, т.е.



где Н_ст -расчетный напор одной станции



Уравнение баланса напоров имеет вид



Из формулы следует, что расчетное число насосных станций равно



20.Способы перекачки высокозастывающих и застывающих н. Т\дный транспорт высоковязких и высокозастывающих н. и н\продуктов затруднен из-за их повышенной вязкости, высокой температуры застывания и других реологических особенностей. Высокая величина коэф. гидр. сопротивления при температуре окруж. среды вызывает необходимость сооружения большого числа насосных станций, что эконом. не всегда целесообразно. Поэтому наряду с обычной изотермической перекачкой применяют и др. м\ды транспорта таких н.: 1) гидроперекачку; 2)перекачку с предварительным улучшением реологических св.-в (путем барообработки, термодеструктивной обработки, механич. воздействия, с помощью добавления жидких разбавителей, газонасыщения, присадок, термообработки); 3) перекачку с подогревом

Гидроперекачкой наз. совместную перекачку высоковязких н. и воды. Известно несколько способов гидроперекачки: 1)перекачка н. внутри водяного кольца; 2) перекачка водонефтяной смеси в виде эмульсии типа «нефть в воде» (н/в); 3) перекачка н. и воды без вмешательства в формирование стр.-ры потока.

Перекачка нефтей, предварительно подвергнутых барообработке. Барообработкойназ. обработка неньютоновских н. давлением с целью улучшения их реологических св.-в.

Перекачка нефтей с применением термодеструктивной обработки. Термодеструкт. обработкойназ. нагрев высоковязких н. до 490 °С при соответствующем давлении с целью расщепления (деструкции) высокомолекулярных соед.-ий на легкие маловязкие углевод.-ые составляющие.

Перекачка с предварительным улучшением реологических свойств нефтей за счет механического воздействия. Сущность дан. м\да перекачки состоит в т., что высокопарафинистую н. охлаждают до образования в ней парафиновой стр.-ры, а затем мех.-м путем разрушают последнюю. Содержащиеся в н. смолы и асфальтены обволакивают «осколки» парафина, препятствуя их повторному соединению.

Перекачка высоковязких н. в смеси с жидкими углеводородн. разбавителями. Одним из эффективных и доступных способов улучшения реологических св.-в высоковязких н. и н\продуктов явл. применение углеводородных разбавителей: газового конденсата и маловязких н.

Перекачка термически обработанных н. Термообработкой н.наз. ее тепловая обработка, предусматривающая нагрев н. выше температуры плавления парафинов и последующее охлаждение с заданной скоростью для улучшения реол. параметров.

Перекачка высокозастывающих парафинистых н. с депрессорными присадками. Применение депрессорных присадок (депрессаторов) - веществ, уменьшающих температуру застывания, вязкость и предельное напряжение сдвига высокозастывающих парафинистых н. - один из перспективных способов их транспорта.

Перекачка н. с подогревом. Наиболее распространенным способом т\дного транспорта высоковязких и высокозастывающих н. в настоящее время явл. их перекачка с подогревом. Поэтому мы рассмотрим ее наиболее подробно.

Существует несколько вариантов перекачки высокозастывающих н. с подогревом. Для коротких (чаще нефтебазовых) т\дов используют м\ды электроподогрева: 1)путем пропуска электрического тока по телу трубы; 2)применением электронагревательных элементов в виде спец. кабелей и лент.