книги / Трубопроводный транспорт нефти и газа

При достаточной протяженности трассы наибольшее и наименьшее числа НПС могут отличаться друг от друга больше чем на единицу. Наилучший вариант определяется экономическим сравнением.

Для нахождения границ зон возможного расположения станций недостаточно получить точки а и Ь, откладывая напоры Нт\п —Л/t и Я тах —ЛЛ и вычерчивая линии гидравлического уклона, начиная от начальной точки трассы.

Необходимо также удовлетворить и другому требованию: линия гидравлического уклона от последней НПС должна прийти к конеч­ ному пункту и при этом напор последней станции не должен выходить за пределы / / min и Я тах. Чтобы выполнить это требование, надо найти границы зон возможного расположения при построении линий гидравлического уклона и напоров от конечного пункта к началь­ ному. Удобно эти построения выполнять «под профилем». От конечной точки профиля по вертикали вниз откладываем напоры Н т\п —ДЛ и Я тах —АЛ и по-прежнему вычерчиваем линии гидравлического ук­ лона до пересечения с профилем, как показано на рис. 4.11. Получен­ ные точки — границы зоны возможного расположения последней НПС удовлетворяют указанному второму требованию. Обозначим их буквами c u d . Индексы — номер последней НПС. Далее аналогично описанному выше от точек с и d откладываем вниз напоры Нт\п —Л/t и Я тах —ДЛ, проводим линии гидравлического уклона, получаем точки c u d для предпоследней станции и т. д.

Зонами возможного расположения станций будут части участков ab и cd, перекрывающие друг друга, т. е. оказавшиеся общими, имею­ щие одинаковые индексы. На рис. 4.11 по индексам у точек b \\ а на­ ходим, что наименьшее число станций равно трем, а наибольшее — четырем. Приняв п = 3, маркируем точки c u d . Ближайшие к концу трассы будут иметь индексы 3, следующие — 2 и т. д. Для наглядно­ сти точки а, Ь, с и d перенесены вниз под профиль и попарно соеди­ нены горизонтальными отрезками. Оказалось, что участки а3Ь3 и cad„, а также а ф 2 и c2d 2 частично перекрывают друг друга. Отсюда нахо­ дим, что третья станция может быть помещена между точками Ь3 и d3, а вторая — между точками Ь2 и d 2- На рисунке эти зоны возможного' расположения показаны горизонтальными отрезками 3 и 2.

Если принять число станций п — 4, то индексы у точек с и d надобудет изменить. Так, точки с3 и d3 должны быть обозначены сх и dx, а точки с2 и d2 будут теперь с3 и d3. Зона возможного расположения четвертой НГ1С, как видно из рисунка, будет находиться между точ­ ками а4 и с4, третьей — между точками а3 и с3 и второй — между точ­ ками аг и с

Число станций, полученное по формуле (4.31), округляется, как было сказано, в большую сторону. Поэтому вычисленный по этой формуле средний напор Я ср, приходящийся на каждую из принятых п станций, оказывается меньше ЯтахОт разности Я тах— # Ср зависит протяженность зон возможного расположения. Чем эта разность, меньше, тем меньше протяженность этих зон. При Я ср = Я тах, т. е. когда найденное по формуле (4.31) число станций п оказывается це­ лым, протяженность зон возможного расположения равна нулю..

12Г.

Станции должны будут располагаться в точках пересечения линий гидравлического уклона с профилем при напоре на станциях, равном // тах (точки Ь). Аналогично получается и при Я ср = Hmin. Места расположения станций в этом случае — точки а.

В зонах возможного расположения могут быть места или участки, на которых сооружение НПС нежелательно или даже запрещено. Нельзя, например, помещать станцию перед водной преградой, на болотистой местности и т. д. Протяженность зоны возможного распо­ ложения в таких случаях может резко сократиться.

После того как в зоне возможного расположения второй станции выбрано место, где она должна находиться, зоны возможного распо­ ложения остальных станций не могут оставаться прежними. Теперь вторую НПС считают первой и зоны возможного расположения ос­ тальных станций определяют заново. Процедура их определения такая же.

4.8. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СТАНЦИЙ

Расчет режимов работы станций выполняется после того, как выяв­ лены зоны их возможного расположения и выбраны точки, где они будут находиться. Цель расчета — подбор диаметров рабочих колес насосов, определение напоров на входе и выходе НПС, а также напо­ ров, подлежащих дросселированию.

Предварительно должны быть определены гидравлический уклон L, потери напора в коммуникациях НПС /iBC, hHa4 и Лкол и напор в конечном пункте Як, а также дифференциальные напоры станций Ядиф при расчетном значении расхода для всех диаметров рабочих колес насосов, имеющихся в наборе. Расчет ведется по участкам (НПС и примыкающий к ней перегон). Удобно начинать с последнего участка.

Процедура расчета может быть следующей.

1. Ищем перевальную точку на последнем перегоне. Для «подо­ зреваемых» точек вычисляем напор Я ' = Аг'—it', где Az' — разность высот перевальной точки и конечного пункта и Г — расстояние от перевальной точки до конечного пункта. Перевальная точка есть, если Я ' > Я К.

2. Определяем требуемый напор на выходе из НПС. Если нет пе­

4. Для всех диаметров, имеющихся в наборе колес насосов по ха­

6. Если ЯДиф < Ядиф. тр, то подпор на входе в первый насос дол-

122

щем (предпоследнем) перегоне имеется перевальная точка. Для выяв­ ления перевальной точки следует вычислить значение Н '. В рассмат­

ивсе расчеты, начиная с п. 3, придется выполнить заново.

8.Далее аналогичные расчеты выполняются для всех остальных

участков.

4.9. УВЕЛИЧЕНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ НЕФТЕПРОВОДА

На совмещенной характеристике Н = Н (Q) (рис. 4.12) увеличение пропускной способности означает перемещение рабочей точки вправо. Чтобы это произошло, необходимо либо «поднять» характеристики НПС, либо сделать более пологими характеристики перегонов. От­ сюда —- два способа увеличения пропускной способности: сооружение дополнительных станций на перегонах между существующими (удвое­ ние числа НПС) и прокладка лупингов. Очевидно, что коэффициент увеличения пропускной способности %= QJQ (отношение увеличен­ ной пропускной способности к прежней) при удвоении числа НПС есть фиксированная величина, а при прокладке лупингов коэффи­ циент % может иметь различные значения в зависимости от длины и диаметра лупинга. В обоих случаях напор на выходе из станции уменьшается (//Ст* <С Н„). Поэтому несущая способность трубопро­ вода окажется недоиспользованной. Эффективность удвоения числа* НПС или прокладки лупингов увеличится, если давление будет под­ нято до величины, близкой к допускаемой по условию прочности. Это может быть осуществлено подбором диаметров колес насосов, заменой

Рис. 4.12. Совмещенные характеристики Н = Н (Q):

— существующей НПС; 2 — существующей и дополнительной НПС; 3, 4 — трубопровода, и после прокладки лупинга

123;

существующих насосов на другие, параметры которых ближе к необ­ ходимым, установкой дополнительных подпорных насосов или даже сооружением на той же площадке второй магистральной насосной, включаемой параллельно.

Будем считать, что до и после увеличения пропускной способности давления на выходе из НПС одинаковые (Яст* = Я ст).

Определим коэффициент %= Q#/Q, получающийся при удвоении числа станций.

Для существующей станции с и примыкающего к ней перегона напишем следующие уравнения баланса напоров.

До увеличения пропускной способности в соответствии с (4.24) и (4.27) имеем:

АНс | (Нст— Ah) == ilc Azc-(- ДЯ,+1.

После удвоения числа станций

АНс 2 (Яст— Ah) = i^lc-f- Azc -j- AHc+i.

Разделим второе уравнение на первое. Приняв, что ДНс == АНс+1, получим

Теперь рассмотрим увеличение пропускной способности прокладкой лупинга.

Из уравнения баланса напоров для станции с и соответствующего перегона

АНс+ (ЯСт— Ah) == ilc Д zc4 - AHc+i

и уравнения

ДНс4~(Яст— Ah) -= i^ [1С— х (1 — со)] 4~ Azc 4- AHc+i,

учитывающего прокладку лупинга длиной х, получаем

г* [/—дс(1—co)] = i7 (индекс с опущен)

Отсюда длина лупинга, обеспечивающего заданное увеличение пропускной способности х»

Нетрудно увидеть, что прокладка лупингов целесообразна при сравнительно небольшом увеличении пропускной способности (Х<21/(2-т)). Если требуется увеличить пропускную способность в число раз, близкое к 2U2~m (при турбулентном течении в зоне дейст-

124

вия формулы Блазиуса 2|/2~т = 1,486), то это можно сделать удвое­ нием числа станций. Но можно такой же эффект получить и проклад­ кой лупинга. Если же %> 2 1/2- т , то может оказаться выгодным ком­ бинированный способ: удвоение числа НПС с одновременной проклад­ кой лупингов.

Вопрос о предпочтительности того или иного способа решается сравнением приведенных затрат П. Для участка нефтепровода, со­ стоящего из одной НПС и примыкающего к ней перегона, выразим их в следующем виде:

при удвоении числа станций

Пудв= Кст (Ен 4“ &ст) 4 _ ■Эудв 4"

при прокладке лупинга

/7 л = К л (Ен~\~ ® л ) х 4 - 3 JI,

здесь Кст — капитальные затраты на вновь сооружаемую (дополни­ тельную) станцию; Кл — капитальные затраты на единицу длины лупинга; Ен — нормативный коэффициент эффективности; а ст и ал — отчисления на амортизацию и текущий ремонт для станции и линей­ ной части; З удв и Эл — расходы на электроэнергию; 3 — другие эксплуатационные расходы на вновь сооружаемой НПС (зарплата, стоимость смазки, воды и т. д.).

Длина лупинга х и расходы Эуав и Эл подлежат специальному определению. Остальные величины справочные. Длина лупинга мо­ жет быть найдена по формуле (4.33). Расходы на электроэнергию Дудв и Эл определяются по формулам:

т. е. существующей и дополнительной); т) — к. п. д. насосных агрега­ тов; S уст — плата за установленную мощность, руб/кВт в год; N — номинальная мощность, кВт.

Расчеты, определяющие наивыгоднейший способ увеличения про­ пускной способности, необходимо выполнять для каждого перегона между существующими станциями. После этого следует расчет режи­ мов работы всех НПС.

4.10. ИЗМЕНЕНИЕ ПОДПОРОВ ПЕРЕД СТАНЦИЯМИ

ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ВЯЗКОСТИ ПЕРЕКАЧИВАЕМОЙ НЕФТИ

Вязкость перекачиваемой нефти в течение года не остается постоянной. Она изменяется вслед за сезонными колебаниями температуры грунта на глубине заложения трубопровода. Изменяется режим работы тру­

125

бопровода, т. е. расход и напоры на выходе из станций и на приеме (подпоры). Рассмотрим физическую картину изменения подпора пе­ ред насосной станцией с -f 1. Будем считать, что ни на одной из стан­ ций нет нужды ни в дросселировании, ни в других видах регули­ рования. Подпор перед насосной станцией с + 1 определим из сле­ дующего уравнения баланса напоров для участка 4+i (между первой и с + 1 станциями):

Я„ + с (а —bQ ') = fQ2 mlc+i + Агс+1 + АНс+1.

Учитывая (из уравнения баланса напоров для всего нефтепровода), что

получим

п b-\-fL!n

(4.34)

Вэтом уравнении от вязкости нефти зависит лишь величина / =

=$vm/Db~m. Таким образом, изменение подпора АНс+1 при измене­

нии вязкости определяется значением (b flc+Jc)l(b + fLtri), где lc+i/с представляет собой среднее расстояние между нефтеперекачи­ вающими станциями на участке lc+1, a Lin — то же для всего нефте­ провода.

Если le+1lc > L /n , то при увеличении вязкости нефти дробь (b -f ftc+1/c)/(b + fLIn) возрастает и, следовательно, уменьшается под­ пор АНс+1. Для случая 4+ Jc < Lin — наоборот, при увеличении вязкости нефти подпор перед станцией АНс+1 увеличивается.

И наконец, если 4+ Jc — Lin, то изменение вязкости нефти не оказывает влияния на подпор, так как при любом значении f в этом случае (b + flc+1lc)/(b -f fLIn) = 1.

Изменение подпоров перед станциями при изменении вязкости иллюстрируется рис. 4.13. Вертикальные пунктирные линии отсе­ кают на профиле трассы одинаковые расстояния Lin (на чертеже L/3); L — расчетная длина нефтепровода. Сплошные и пунктирные линии гидравлического уклона i и /* соответствуют вязкостям v и v*; v* > v .

циями при вязкости нефти v и v* соответственно; отрезок 1а — под­ пор перед первой станцией (Я п). Примем точку / за начало коорди­ нат. Тогда линии гидравлического уклона, идущие от точек А и А#, будут описываться уравнениями

Н — На ~\~сНцц$— И И Я* = Я п + сЯдиф*—1*4

где I — расстояние от начальной точки трассы 1, а Н и Я* — соот­ ветствующие им ординаты.

12й

Рис. 4.13. График изменения подпоров перед станциями при изменении вязко­ сти перекачиваемой нефти

нетрудно убедиться, что линии гидравлического уклона при вязко­

Если бы третья станция находилась в точке В, над которой пере­ секаются линии i и ц , т. е. на расстоянии, кратном Lin, то при любом увеличении или уменьшении вязкости нефти подпор остался бы не­ изменным (условие le+1/c = Lin). Но эта станция расположена дальше точки пересечения гидравлических уклонов i и t*. для нее lc+1/c >L!n. Поэтому подпор перед третьей станцией при увеличении вязкости по­ нижается, что и показано на чертеже. Нефтеперекачивающая станция 2 находится левее точки пересечения линий i и t*; для нее /с+1/с <C.Lln. Поэтому подпор перед ней при вязкости v* больше, чем при вязкости v.

4.11. НЕФТЕПРОВОДЫ СО СБРОСАМИ И ПОДКАЧКАМИ

Нередко для снабжения потребителей, расположенных вдоль трассы, производится отбор перекачиваемой нефти из нефтепровода (сброс). Сбросы бывают непрерывные и периодические. Непрерывный сброс может быть организован, например, для снабжения нефтью нефтепе­ рерабатывающего завода, расположенного вблизи от трассы нефте­ провода. Периодические сбросы обычно бывают на нефтепродуктопроводах (для пополнения запасов близлежащих нефтебаз). Если в ка­ ком-либо месте нефтепровод проходит близ промыслового района, го может быть организована подкачка; добываемую на этих промыслах нефть направляют в тот же нефтепровод. В зависимости от мощности месторождения подкачка также может быть непрерывной или перио­ дической.

127

Расчет нефтепровода с непрерывными сбросами или подкачками можно вести по участкам, разграниченным пунктами сбросов или подкачек. При незначительных сбросах или подкачках нефтепровод рассчитывается без учета их. Но следует иметь в виду, что при перио­ дических сбросах (подкачках) изменяется технологический режим перекачки; обычно это ведет к необходимости регулирования работы насосных станций.

Рассмотрим режим работы нефтепровода при периодических сбро­ сах и подкачках. Участок нефтепровода от начальной точки до пункта сброса (подкачки) будем называть левым, а от пункта сброса (под­ качки) до конечной или перевальной точки — правым. При сбросе количество нефти, поступающей в правый участок нефтепровода, уменьшится. Насосные станции, работающие на этом участке, начнут «высасывать» нефть из трубопровода. В результате возрастет расход в левой части нефтепровода и уменьшатся подпоры перед всеми проме­ жуточными станциями.

6Яс+1 = АЯ с+1— АЯ(г+1)*

перед станцией с -f- 1 (где расположен пункт сброса):

8Hc+1=-(cb + n e+l)(Q l-m- Q * - 'n).

Такой же формулой определяется изменение подпора перед стан­

второй) убывают: наименьший подпор — у станции с + 1, где ведется сброс. Подпоры по длине правого участка нефтепровода возрастают; это можно показать аналогичным рассуждением. Изменение подпо­ ров перед станциями при сбросе иллюстрируется рис. 4.14. При под­

Подпор перед станцией с + 1 с увеличением подкачки увеличивается. Распределение подпоров перед станциями будет следующим: у стан­ ции, расположенной близ пункта подкачки,— наибольший подпор; по мере удаления от нее (в обе стороны подпоры уменьшаются.

Сброс и расход в левой части нефтепровода, при которых подпор

128

образно отключить К насосов, а напор h' погасить дросселированием. Критической подкачкой (qKр) будем называть такую, при которой напор на станции с + 1 достигает максимально допустимого значе­ ния Яд. Расход в правой части нефтепровода при критической под­ качке также будем называть критическим (QKp). Критический расход найдем из уравнения баланса напоров для правой части нефтепровода:

При подкачке q > q KP необходимо регулирование. Цель регулиро­ вания — снижение расхода в левой части нефтепровода до величины Q K P —ц. Это достигается тем же путем — отключением части насосных агрегатов или увеличением гидравлического сопротивления.

Напор Я ', который должен быть снят регулированием в левой части нефтепровода, определяется из уравнения

АЯП-\-с[а b (QKP q) ] = / / C+I (QKP ф Я А д ^ -р Я д —

-( a r - b Q f c ^ + H .

4.12.РЕЖИМ РАБОТЫ НЕФТЕПРОВОДА ПРИ ОТКЛЮЧЕНИИ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ

Временное отключение какой-либо станции может быть вызвано не­ поладками в системе энергоснабжения, аварией, необходимостью проведения ремонтных работ и т. д. Выход из строя насосной станции резко меняет режим работы нефтепровода (расход, давление, подпоры перед станциями). Чтобы лучше понять изменение режима перекачки, будем считать, что нефтепровод может работать при любых напорах и давлениях, возникающих в результате отключения станции. Неза­ висимо от того, какая станция вышла из строя — вторая, третья и т. д. или последняя, из уравнения баланса напоров для всего нефтепро­ вода следует, что

130