книги / Транспортировка нефти, нефтепродуктов и газа

Если вторую станцию поставить в точке а2, то напор на пер­ вой НПС будет равен tfmin При перемещении второй НПС вправо напор на первой станции будет возрастать и по достижении точки Ь2он станет равным Ятах. Очевидно, что ни слева от точки аъ ни справа от точки Ь2вторую станцию ставить нельзя.

Далее от точки а2 откладываем по вертикали вверх напор Я|Ып-ДЛ, а от точки Ь2 — напор Ятах—АЛ. Затем снова проводим линии гидравлического уклона до пересечения с профилем, по­ лучаем точки аъ и Ь2, ограничивающие расположение третьей НПС, ит.д.

Индекс последней точки Ь, полученной на профиле, означает наименьшее число станций п, при котором может быть обеспечена расчетная пропускная способность. Оно равно округленному в большую сторону числу НПС, которое определяется по прибли­ женной формуле:

Наибольшее число НПС, обеспечивающее расчетную про­ пускную способность, соответствует индексу предпоследней точки а.

Для нахождения границ зон возможного расположения станций недостаточно получить точки аиЬ, откладывая напоры tfminДА и ЯП1ах—ДА и вычерчивая линии гидравлического уклона, начиная от начальной точки трассы.

Необходимо также помнить, что линия гидравлического уклона от последней НПС должна прийти к конечному пункту и при этом напор конечной станции не должен выходить за преде­ лы # min и Ятах. Для выполнения этого требования надо найти границы зон возможного расположения НПС при построении линий гидравлического уклона и напоров от конечного пункта до начального. Удобно эти построения выполнять «под про­ филем».

От конечной точки профиля по вертикали вниз откладываем напоры Ят1п-ДА и Ятах-ДА и по-прежнему вычерчиваем линии гидравлического уклона до пересечения с профилем, как показано на рис. 3.16. Полученные точки — границы зоны возможного рас­ положения последней НПС удовлетворяют указанному второму требованию. Обозначим их буквами cud . Индексы — номер по­ следней в графике НПС.

Далее аналогично описанному выше от точек с и d откла­ дываем вниз напоры Нтш—А1г и Ятах-ДЛ, проводим линии ги­ дравлического уклона, получаем точки с и d для предпоследней станции и т.д.

152

Зонами возможного расположения станций будут части участков ab и cd, перекрывающие друг друга, т. е. оказавшиеся общими, имеющие одинаковые индексы.

На рис. 3.16 по индексам у точек b и а находим, что наимень­ шее число станций равно трем, а наибольшее — четырем. Приняв п = 3, маркируем точки с и d. Ближайшие к концу трассы НПС будут иметь индексы 3, следующие — 2 и т.д. Для наглядности точки a,b,cud перенесены вниз под профиль и попарно соедине­ ны горизонтальными отрезками. Как видно из графика, участки афги c3d3, а также а2ЬГи c2d2частично перекрывают друг друга. От­ сюда находим, что третья станция может быть помещена между точками Ьъи d3а вторая — между точками Ь2и d2. На рисунке эти зоны возможного расположения показаны горизонтальными от­ резками 3 и 2.

Достоинство метода расстановки станций по методу В. Г. Шу­ хова позволяет также определять местонахождение станций не­ посредственно на профиле трассы.

Построение линий гидравлического уклона выполняется аналогично. От начальной точки трассы, где должна находиться головная станция, в масштабе высот профиля откладывают по вертикали напор Яст, развиваемый станцией. Из конца получен­ ного отрезка проводят линию гидравлического уклона. Точка пересечения ее с профилем трассы — место расположения второй станции. От этой точки вновь откладывают напор, развиваемый станцией, вновь проводят линию гидравлического уклона и т.д. Линия гидравлического уклона, идущая от последней станции, должна прийти к перевальной (или к конечной) точке трассы.

Размещение НПС, выполненное таким способом, не всегда следует считать строго обязательным. Расположение станций можно изменять в некоторых пределах.

Пусть найденное по расчету теоретическое число станций п округлено в большую сторону. Тогда место расположения, напри­ мер, второй стации может быть отодвинуто вправо, т. е. вперед на расстояние, при котором напор Яст достигнет допустимого значения ЯД0Г1. При перемещении станции влево уменьшается напор, развиваемый предыдущей станцией. Поскольку суммар­ ный напор, развиваемый всеми станциями, должен оставаться неизменным, то одной из остальных станций придется работать с повышенным напором.

Местоположение НПС (и других станций), при котором развивается максимально допустимый напор Я(ф, определяет ее крайнюю левую границу на профиле трассы. Граница справа определяется, как уже было сказано, допустимым напором Ядоп на

153

Рис. 3.18. Определение границ зоны возможного расположения НПС при округлении их числа в большую сторону

предыдущей станции. На рис. 3.18 эти границы обозначены точка­ ми а и Ъ. Участок трассы между этими точками называется зоной возможного расположения нефтеперекачивающей станции.

Когда число станций округляется в меньшую сторону, как правило, расчетом предусматривается прокладка лупин га. В этом случае из конца вертикального отрезка Н„ проводим две линии ги­ дравлического уклона (рис. 3.19): магистрали / и лупинга /л.Длина отрезка /л соответствует длине лупинга х, полученной по расчету. Из конца отрезка /л проводим вторую линию /. Точки пересечения линий гидравлического уклона с профилем (а и Ь) определяют зо­ ну возможного расположения следующей станции. Между этими точками станцию можно поставить в любом месте.

Контрольные вопросы для проверки знаний

1.Задачи гидравлического расчета.

2.Условия, при которых выполняется гидравлический расчет.

Рис. 3.19 Расстановка НПС при округлении их числа в меныиую сторону

154

3.На какие виды работы расходуется полный напор при пере­ качке нефти про трубопроводу?

4.От каких параметров зависит величина потерь напора на сопротивление?

5.Физический смысл скоростного напора.

6.Назначение остаточного напора.

7.Порядок построения характеристики трубопровода.

8.В каких целях строится характеристика трубопровода?

9.По каким причинам меняется крутизна характеристики трубопровода?

10.Физический смысл графика гидравлического уклона.

11.Физический смысл баланса напоров магистрального тру­ бопровод?

12.Теоретический способ определения числа насосных станций на нефтепроводе.

13.Графический способ определения числа насосных станций на трассе трубопровода.

3.7.Расчет и регулирование режимов работы насосных станций

3.7.1.Задачи и порядокрасчетарежимовработы насосных станций

Расчет режимов работы НПС выполняется после определе­ ния зон их возможного расположения и выявления точек их привязки к местности. В задачу расчета режимов работы НПС входит:

—подбор диаметров рабочих колес насосов;

—определение напоров на входе и выходе НПС;

—определение напоров, подлежащих дросселированию. Для решения этих задач предварительно должны быть оп­

ределены при расчетном значении расхода для всех диаметров рабочих колес насосов, имеющихся в наборе, и гидравлическом уклоне:

—потери напора в коммуникациях НПС на всасывании и нагнетании насоса и в коллекторе //вс, Л11аг и Лкол;

—напор в конечном пункте Нк:

—дифференциальные напоры станций //лмф.

Расчет ведется по участкам (НПС и примыкающий к ней перегон). Расчет удобнее выполнять с последнего участка.

155

По р я д о к п р о в е д е н и я ра счета

1.Определение перевальных точек. Возвышенность на трассе, от которой нефть приходит на конечный пункт нефтепровода самотеком, называется перевальной точкой (рис. 3.19).

Предполагаемые перевальные точки определяются сначала на последнем перегоне. Перевальная точка будет иметь место

вслучае, если Н' > Нк. Для предполагаемых точек вычисляется напор:

где Н ' — высота перевальной точки в м;

Az — разность высот перевальной точки и конечного пункта; /'— расстояние от перевальной точки до конечного пункта.

Для нахождения перевальной точки необходимо провести линию гидравлического уклона от конечного пункта трассы К до пересечения с профилем. Затем проводится параллельная ли­ ния 2 с расчетом, чтобы она касалась профиля, нигде его не пере­ секая. Место касания линии гидравлического уклона 2 с профи­ лем трассы и будет перевальной точкой

Если линия гидравлического уклона, проведенная из конеч­ ной точки трассы, нигде не пересекается с профилем и не касается его (на рис. 3.20 — пунктирная линия), перевальная точка отсут­

к

Рис. 3.20. Определение перевальной точки на трассе трубопровода

156

— при наличии перевальных точек:

3. Определение дифференциального напора. Определяется требуе­ мый дифференциальный напор по формуле

где Яп — подпор на входе в первый насос НПС от предыдущей НПС, пока еще не известен. В расчете принимается равным величине наи­ меньшего допускаемого напора Я5.

4. Определение дифференциальных напоров для каж дого рабочего

колеса.

Определяются дифференциальные напоры для всех имею­ щихся в наборе рабочих колес насосов по характеристике тру­ бопровода Q — Я, соответствующие расчетной пропускной спо­

собности трубопровода. Выбирают из них наиболее близкий к

TJ

-“ диф.тр.

5. Определение избыточного напора. Избыточную величину на­ пора необходимо дросселировать:

При этом, если ЯД11ф< Я1Нфтр, то подпор на входе в первый на­ сос должен быть увеличен на Ядпфтр- Я Д11ф. Получим:

Величина этого подпора может оказаться еще больше, если на предыдущем (предпоследнем) перегоне имеется перевальная точка. Для выявления перевальной точки необходимо вычислить значение Я'по формуле:

где Az'— разность геодезических отметок перевальной точки и ко­ нечной НПС;

Г— соответствующая длина трубопровода.

Если окажется, что Я' больше Яв, то рассматриваемая точ­ ка — перевальная. В этом случае подпор на входе в первый насос конечной НПС следует считать равным Я'и все расчеты, начиная с п. 3, необходимо выполнить заново.

Далее аналогичным образом выполняются расчеты для остальных участков.

157

3.7.2. Регулированиережима перекачки магистрального трубопровода

Основным условием работы магистрального нефтепровода является обеспечение постоянной производительности перекач­ ки. Однако в процессе эксплуатации по различным причинам режим работы нефтепроводов выходит из проектных параметров. Одной из причин является изменение температурных условий с чередованием времен года. Изменение температуры по цепочке влечет изменение вязкости нефти, и, соответственно, изменение потерь напора на трение, изменение скорости потока и произво­ дительности. Поэтому приходится выполнять операции по ре­ гулированию параметров работы трубопровода, чтобы привести производительность к проектному значению. Осуществляется это различными способами.

Р егулирование режима работы трубопровода

НА УЧАСТКАХ С ПЕРЕВАЛЬНЫМИ ТОЧКАМИ

Как было сказано выше, перевальных точек на трассе тру­ бопровода может быть несколько (рис. 3.19, 3.20). Расстояние от начального пункта нефтепровода до ближайшей из них к назы­ вается расчетной длиной нефтепровода Z,pac. При гидравлическом расчете длина нефтепровода принимается равной расчетной, а разность отметок Az — равной превышению перевальной точки над начальным пунктом трассы.

Перевальные точки могут оказаться не только между по­ следней станцией и конечным пунктом нефтепровода, но и на перегоне — между промежуточными НПС.

При пересеченном профиле трассы перевальная точка мо­ жет появиться при изменении режима работы нефтепровода, например, при отключении какой-либо станции или при из­ менении вязкости перекачиваемой нефти с переменой сезона года.

Необходимо также учитывать, что от перевальной точки до конечного пункта или до следующей промежуточной НПС нефть будетдвигаться самотеком с частичным заполнением поперечного сечения трубопровода. При этом пространство, свободное от неф­ ти, заполняется выделившимися из нее парами и растворенными газами. Во избежание разрыва сплошности потока на конечном пункте (или на НПС, куда приходит нефть с перевальной точки) необходимо поддерживать давление, обеспечивающее некоторый запас напора на перевальной точке. Обычно этот запас принима­ ется равным И = 10 м (1 кг/см2).

158

Рис 3.21. Схема изменения гидравлического уклона при наличии лупингов

и вставок большего диаметра

Чтобы «перейти» перевальную точку натрассе трубопровода, необходимо или «поднять» линию гидравлического уклона над ней, или изменить угол ее наклона.

В первом случае этого можно достичь увеличением напора на перекачивающей станции за счет включения подпорных на­ сосов, что не всегда возможно по причине ограниченной проч­ ности труб.

Во втором случае изменить наклон линии гидравлического уклона можно только за счет уменьшения величины напора, не­ обходимого для преодоления сопротивления движению нефти от трения. Достичь этого можно строительством на трубопро­ воде перед перевальной точкой лупинга или вставки большего диаметра. Принцип применения лупингов или вставок большего диаметра на трубопроводе показан на рис. 3.21.

Р егулирование с применением подпорных насосов

и лупингов

Применяется данный способ регулирования производитель­ ности перекачки по причине изменения вязкости перекачиваемой нефти или нефтепродуктов. Принцип регулирования производи­ тельности перекачки такой же, как и описанный выше. Только в первом случае подпорные насосы илупинги включены постоянно, а в этом они включаются по мере необходимости.

Если рассмотреть совмещенную характеристику трубо­ провода и насоса Н — Q (рис. 3.22), то можно заметить, что для увеличения пропускной способности трубопровода необходимо переместить рабочую точку вправо. Это можно сделать либо

159

Рис. 3.22. Совмещенные характеристики Н — H (Q ) [18]:

1—характеристикасуществующей НПС;2 —характеристикасуществующейи дополнительной НПС; 3 ,4 — характеристикатрубопроводадо и после под­ ключения лупинга

«поднятием» характеристики насосов НПС, либо сделать более пологими характеристики перегонов трубопровода. Достигается это двумя способами: включением подпорных насосов или вклю­ чением лупингов

Как было сказано выше, увеличение напора в магистральном трубопроводе ограничено прочностью труб, при втором случае требуется строительство параллельного участка трубопровода — лупинга. Оба способа связаны с дополнительными затратами на строительство трубопровода. На практике применяются оба способа, и предусматриваются они при разработке проекта тру­ бопровода.

Р егулирование путем замены штатных рабочих колес насосов

Регулирование производительности перекачки путем замены штатных рабочих колес в насосах с одного диаметра на другой связано с описанным выше принципом — «поднятием» линии гидравлического уклона трубопровода путем повышения рабо­ чего давления на выходах основных насосов. Данный метод при­ меняется при проектировании трубопровода и при смене сезонов года. Частая смена рабочих колес затруднена тем, что связана с необходимостью остановки насосов и их разборкой.

Р егулирование путем изменения числа оборотов насосов

При изменении числа оборотов параметры работы центро­ бежных насосов меняются в соотношении:

лА = Q M лА = Щ / Щ лА . = Щ / N ] ,

где п — число оборотов; Q — производительность; Н — величина напора; N — величина затрачиваемой мощности.

160

Рис. 3.23. График изменения производительности и напора насоса при изменении числа оборотов

На рис. 3.23 показана графически эта зависимость.

На графике начальная точка характеристики трубопровода принята на ординате (Явс + Нтг) насоса.

Изменение числа оборотов насоса связано с возможностью изменения числа оборотов привода, а в качестве приводов на НПС могут быть ДВС, электродвигатели, турбины.

И зм енение числа оборот ов Д В С и турбин. При применении привода от ДВС или турбины регулирование числа оборотов осу­ ществляется, как правило, величиной подачи топлива или уста­ новкой коробок передач. Регулирование в первом случае проис­ ходит плавно, но не в больших пределах. Из формулы видно, что при изменении оборотов насоса в пропорциональном отношении требуется увеличение затрачиваемой энергии в кубической за­ висимости. Такого соотношения достичь регулированием пода­ чи топлива в широком диапазоне не удается. Поэтому требует­ ся для передачи крутящего момента от турбины к насосу при­ менение редукторов или коробок передач, что в свою очередь приводит к ступенчатому изменению числа оборотов, а это не­ желательно.

Изменение числа оборотов с приводом от синхронных электродви­ гателей. При применении электродвигателей синхронного типа регулирование числа оборотов происходит плавно с помощью реостата. Но в этом случае имеет место нерациональное исполь­ зование электроэнергии, присущее работе двигателя такого типа. Кроме того, синхронные двигатели выпускаются в открытом, не­ защищенном исполнении, поэтому их требуется устанавливать в специальном моторном помещении, отделенном от насосного брандмауэром.

161