аыаыа. Назначение и устройство трубопроводов, технология перекачки нефти и газа по магистральным трубопроводам

• Название: Назначение и устройство трубопроводов, технология перекачки нефти и газа по магистральным трубопроводам
• Анкор: аыаыа
• Дата: 28.07.2021
• Размер: 1.74 Mb.
• Имя файла: Razdel1.docx
• Тип: Документы; #225555
• страница: 2 из 7

Температура вспышки-застывания

Уравнения, описывающие течение нефти и нефтепродуктов в трубопроводах.

Установившееся течение жидкости в трубе описывается двумя уравнениями:

1. 
   Уравнение Бернулли:
   
2. 
   Уравнение сохранения массы:
   

Если трубопровод имеет постоянный диаметр и жидкость, текущая по нему, несжимаемая, то из уравнения сохранения массы следует, что скорость движения жидкости постоянная и уравнение Бернулли принимает вид:

, где - потери напора
Потери напора на трение обусловлены трением слоёв жидкости относительно друг друга и находятся по формуле: .



Основные расчетные формулы для определения потери напора в трубопроводах с лупингами, вставками, перемычками

Потери напора в трубопроводе с лупингом и диаметром Dл определяется по формуле

где



Если Dл = Dвн, то при ламинарном течении ω = 0,5; при турбулентном течении в зоне гидравлически гладких труб ω = 0,296; в зоне квадратичного закона сопротивления ω = 0,25.

Потери напора в трубопроводе, имеющем вставку, определяются аналогичным образом

где – длина вставки.

Потери на местные сопротивления определяют по формуле

где – коэффициент местного сопротивления.

Для магистральных трубопроводов потери напора в местных сопротивлениях незначительны и их принимают 1-2% от потерь на трение.

Полные потери напора в трубопроводе

где – геодезические отметки начала и конца трубопровода.

Гидравлический уклон трубопровода с лупингом и вставкой





Гидравлический уклон.

Если на профиле перегона отложить начальный и конечный напоры Н₁ и Н₂, как это показано рис.6.1, и соединить концы полученных отрезков, то получим наклонную прямую АБ. Эта прямая называется линией гидравлического уклона и представляет собой зависимость полного напора от координаты x вдоль оси трубопровода. Тангенс угла наклона этой прямой называется гидравлическим уклоном i. Предполагается, что диаметр трубопровода – одинаковый по всей длине, местных со­противлений нет, расход по длине не изменяется.



Из рисунка видно, что

. (6.13)

Следовательно, физический смысл гидравлического уклона – потеря напора на трение, отнесенное к единице длины трубопровода, а тангенс угла наклона – геометрический смысл.

гидравлический уклон равен

(6.14)

или

(6.15)

Гидравлический напор – величина, равная тангенсу угла наклона линии гидравлического наклона к горизонту, которую можно найти по следующей формуле: .

Характеристика трубопровода.

Основными характеристиками трубопроводов являются материал ( металлические и неметаллические), способ производства ( сварные, бесшовные и литые), наружный диаметр и толщина стенки. Для каждого вида труб сортаментом установлено несколько толщин стенок труб при одном и том же диаметре. Трубы с одинаковым наружным диаметром могут иметь разные внутренние диаметры. Для подбора арматуры, фитингов введено понятие условный проход ( Dy) - округленный внутренний диаметр трубопровода.

Кроме перечисленных основных характеристик, учитываются механические свойства:

Условное давление Ру – наибольшее избыточное рабочее давление внутри трубопровода при температуре среды 20 градусов, обеспечивающее длительную работу трубопровода и арматуры по принятым в соответствии с расчетом размерами;

Рабочее давление Рраб – наибольшее избыточное давление, которое возникает в трубопроводе при его эксплуатации.

Пробное давление Рпб – избыточное давление, на которое должны быть испытаны трубопровод и арматура

Совмещенная характеристика НПС и трубопровода.

Если на график Н – Q нанести (рис. 7.4) характеристику насоса и трубопровода, то совместный график называется совмещенной характеристикой.

Точка пересечения характеристик насоса (1) и трубопровода (2) является рабочей точкой насоса (3), которая соответствует потребной подаче Q_п и потребному напору Н_п. Рабочая точка определяет максимально возможный расход и напор при работе насоса на данную сеть. При проектировании трубопроводов и подборе насосов необходимо стремиться к тому, чтобы рабочая точка насоса находилась на ординате максимального КПД.



На рис. 7.4 представлены совмещенные рабочие характеристики насоса и трубопровода. Рабочая характеристика трубопровода (сети) приведена при геометрическом напоре, равном высоте подъема жидкости Нг. По величине потребных (требуемых) значений Q_п и Н_п определяют мощность на валу насоса по формуле:

, (7.24)

где – полный КПД центробежного насоса (0,7 – 0,9).

Мощность двигателя, приводящего в движение насос, равна

. (7.25)

 

Регулирование режимов работы насоса

Характеристике насоса и сети (рис. 7.4) соответствует только одна рабочая точка. Между тем требуемая подача может изменяться. Для изменения режима насоса центробежного типа изменяют либо характеристику насоса, либо сети.

Регулирование сети может осуществляться при помощи задвижки (дросселированием). На рис. 7.5 путем изменения проходного сечения задвижки характеристика сети изменяется. Рабочим точкам 1, 2, 3 будет соответствовать измененный расход Q₁, Q_2, Q₃.



Рис. 7.5. Регулирование насосной установки путем изменения характеристики сети

На рис. 7.6 показано регулирование насосной установки путем изменения частоты вращения насоса. При частотах вращения вала насоса n₁, n₂ n₃ происходит изменение расхода нефтепродукта. Для этой цели необходим двигатель с переменной частотой вращения. Данный способ регулирования сложный, но экономичный.

 



Рис. 7.6. Регулирование насосной установки путем изменения характеристики насоса

При изменении частоты вращения вала насоса с n₁ до n₂ изменяются его главные показатели – расход Q, напор H и мощность N.

Примерные соотношения частот вращения и соотношения расходов, напора и мощности следующие [21]:

n₁/n₂ = Q₁/Q₂; n₁²/n₂² = H₁/H₂; n₁³/n₂³ = N₁/N₂. (7. 26)

При расчете и выборе центробежных насосов вначале определяют степень быстроходности, затем размеры колеса, форму и число лопаток, строят планы скоростей, определяют КПД, расход, напор и мощность.

Уравнение баланса напоров

Смысл уравнений баланса напоров аналогичен смыслу третьего закона Ньютона.



Гидравлический удар в магистральных нефтепродуктопроводах, причины появления и методы борьбы с ним.

Процессы течения, в которых характеристики потока изменяются с течением времени, называются неустановившимися (нестационарными). Неустановившиеся режимы течения нефти наблюдаются при пусках и остановках нефтепровода, включении или отключении дополнительного агрегата на головной или промежуточной НПС, полном или частичном открытии задвижки, переключении резервуаров, сбросе или подкачке нефти, при разрыве трубопровода.

При резком закрытии или открытии задвижки, включении или отключении насоса происходит резкое торможение или ускорение потока, сопровождающееся таким опасным явлением, как гидравлический удар

Для предотвращения гидроудара применяют ряд методов:

• 
  обеспечение плавного открытия или закрытия запорной арматуры;
  
• 
  увеличение диаметра трубопровода;
  
• 
  снижение скорости потока среды;
  
• 
  обеспечение плавного пуска и остановки насосов;
  
• 
  использование системы защиты от гидравлических ударов;
  

Различают активные и пассивные методы защиты трубопроводов от перегрузок по давлению. К активным относится создание волны пониженного давления, идущей навстречу волне повышенного давления. Волна пониженного давления создается путем посылки сигнала по линии связи с остановленной нефтеперекачивающей станции на предшествующую для отключения на ней одного или нескольких насосных агрегатов. При этом возникает волна пониженного давления, двигающаяся по потоку. При встрече волн пониженного и повышенного давления они взаимно гасятся и, следовательно, опасного повышения давления в трубопроводе не произойдет.

Применение на нефте- и нефтепродуктопроводах в качестве запорной арматуры не кранов, а относительно медленно закрывающихся задвижек автоматически исключает резкое изменение скорости потока при изменении степени их открытия.

Для защиты магистрального нефтепровода от повышения давления в переходных процессах должны предусматриваться следующие защиты:

• 
  - отключение одного насоса на МНС при превышении допустимого рабочего давления на выходе НПС на 0,2 МПа;
  
• 
  - отключение НПС при повышении давления в нефтепроводе до величины равной 1,09 от допустимого рабочего давления на выходе НПС, но не более чем на 0,4 МПа от допустимого рабочего давления;
  
• 
  - сброс через предохранительные устройства, через ССВД или их комбинации нефти из магистрального трубопровода в специальные резервуары при повышении давления в трубопроводе. Давление настройки предохранительного клапана устанавливаемого на входе НПС с резервуарным парком для защиты технологического трубопровода резервуарного парка должно быть равно 0,55 МПа. При наличии системы измерения количества нефти это значение составляет 0,7МПа. При этом максимальное рабочее давление в технологическом трубопроводе резервуарного парка должно быть не более 1,0 МПа;
  
• 
  - срабатывание ССВД при повышении давления в нефтепроводе на величину не более 0,4 МПа от давления настройки ССВД, происходящем со скоростью выше 0,2 МПа/сек.
  

Способ расстановки НПС по трассе трубопровода.

Есть 2 способа расстановки НПС по трассе:

Построение гидравлического треугольника и метод Шухова.

Метод Шухова:

Расстановку насосных станций произведем по методу В.Г. Шухова на сжатом профиле трассы.

Определение местоположения станций связано с выполнением следующего требования: напор на выходе любой НПС не должен превышать , найденный из условия прочности, и не должен быть меньше такого , чтобы на последующей станции была обеспечена бескавитационная работа насосов.

От начальной точки трассы, где должна находиться головная станция, в масштабе высот профиля отложим по вертикали напор , развиваемый станцией. Из конца полученного отрезка проведем линию гидравлического уклона. Точка пересечения ее с линией - место расположения второй станции. От этой точки вновь отложим напор, развиваемый станцией, проведем линию гидроуклона и т.д. Линия гидроуклона, идущая от последней станции, должна придти к конечной точке трассы с некоторым остатком напора (необходимым, как правило, для обеспечения взлива нефти или нефтепродукта в резервуар на конечном пункте).



Перекачка высоковязких нефтей -реологические свойства, способы перекачки, гидравлические и технологические расчеты.\

Высоковязкая нефть (нефтепродукт) – это нефть (нефтепродукт), у которой кинематическая вязкость при температуре окружающей трубопроводной среды настолько большая, что процессу ее перекачки свойственны большие потери напора.
Все технологии перекачки высокозастывающих и высоковязких нефтепродуктов и нефтей можно разделить на два типа:

1. 
   Технологии, которые не изменяют реологические свойства нефти или нефтепродуктов. К ним относятся:
   

• 
  перекачка нефти в капсулах, перемещающихся в газе и маловязкой нефти;
  
• 
  создание внутреннего пристенного слоя из маловязкой нефти;
  
• 
  попеременная перекачка воды и нефти;
  
• 
  уменьшение степени шероховатости поверхности трубопровода.
  

2. 
   Технологии, которые изменяют реологические свойства нефтепродуктов и нефти. К ним относятся:
   

• 
  перекачка со специальными присадками, которые снижают вязкость нефти;
  
• 
  разрушение парафинистой структуры нефти при помощи предварительного подогрева;
  
• 
  разбавление нефти маловязкими углеводородными разбавителями; подогрев нефти во время перекачки;
  
• 
  путевой электроподогрев; использование трубопроводов с теплоносителем.
  

Перекачка смешением нефтей

Одним из способов улучшения реологических параметров (вязкость, температура застывания, напряжение сдвига) вязких нефтей является их смешение с разбавителями. Разбавителями могут служить бензины, керосины, конденсаты, маловязкие нефти.

Нужное количество разбавителя, пропорции и выбор самого растворителя определяются для каждого сорта нефти путем лабораторных исследований. В некоторых случаях приходится использовать до 70 % разбавителя. Разбавление конденсатами, керосинами и бензинами на территории нашей республики не производится (применяется на нефтепроводе Ллойдминистер-Хардисти в Канаде).

Перекачка нефти с водой

Существует несколько вариантов транспортировки нефти с водой:

Основной причиной слабого распространения данного метода является трудность производства винтообразных нарезок для внутренней поверхности трубы.

1. 
            Образование смеси типа «нефть в воде». При этом не происходит контакта нефти с внутренней поверхностью трубы, так как частички нефти окружены водяной пленкой. Появляется водяное кольцо, внутри которого скользит водонефтяная смесь, понижаются затраты на трение при перекачке.
   

При резком уменьшении скорости перекачки и температуры смесь может перейти в тип «вода в нефти». Такая смесь будет иметь вязкость намного большую, чем у самой нефти. На устойчивость эмульсии типа «нефть в воде» влияют многие факторы. В результате исследований выявлено, что минимальное количество воды должно составлять 30 % от общего количества транспортируемой жидкости. Данный метод применяется в Индонезии [1].