книги / Трубопроводный транспорт нефти, нефтепродуктов и газа

провод. В зависимости от мощности месторождения подкачка также может быть непрерывной или периодической.

Расчет нефтепровода при непрерывных сбросах или подкач­ ках выполняется по участкам, разграниченным пунктами сброса или подкачки, которые обычно размещаются на ближайших пе­ рекачивающих станциях.

При незначительных сбросах или подкачках, имеющих пе­ риодический характер, расчет нефтепровода выполняется без их учета. Однако следует отметить, что периодические сбросы или подкачки изменяют технологический режим перекачки. Это приводит к необходимости регулирования работы перекачиваю­ щих станций.

Рассмотрим режимы работы при периодических сбросах и под­ качках. Предположим, что пункт сброса (подкачки) расположен на территории с-й ПС. Участок от начала трубопровода до пун­ кта сброса назовем левым, а от пункта сброса до конечного пун­ кта нефтепровода —правым.

Нефтепровод со сбросом

Наличие попутного сброса равнозначно параллельному под­ ключению к основной магистрали некоего трубопровода (байпа­ са). В результате сложения их характеристик мы получаем кри­ вую, которая проходит ниже характеристики магистрали. Это, в соответствии с характеристикой центробежных насосов, при­ водит к увеличению производительности откачки нефти с го­ ловной перекачивающей станции и уменьшению собственных дифференциальных напоров станций, расположенных до мес­ та сброса. В то же время из-з^.увеличения производительности на левом участке становится больше величина гидравлического уклона. Все это приводит к тому, что по мере увеличения номера НПС их подпор уменьшается, и в наиболее опасном положении (с точки зрения обеспечения бескавитационной работы) оказы­ вается с-я НПС (рис. 3.36).

Определим критические значения расхода QKPи сброса qKP, соответствующие минимальному допустимому подпору на ней

АНС= АН ..

Рис. 3.36. Распределение подпоров и напоров в случае перекачки со сбросом на с-й НПС

Примем для простоты, что все НПС оборудованы однотипны­ ми насосами. Тогда напор, развиваемый магистральными насоса­ ми перекачивающей станции, можно определить из выражения

где А, В —коэффициенты суммарной напорной характерис­ тики магистральных насосов перекачивающей станции,

А = тм -ам ; В = ти Ьм.

Для левого участка трубопровода уравнение баланса напоров в случае перекачки с критическим сбросом имеет вид

Ал + (с -1 ).(А -В .0 ^ 'я) = 1,02 / Х ^ - ^ т +АгЛ£в+АЯт1л, (ЗЛ14)

1=1

где àZj1ЕВ—разность геодезических отметок конца и начала участка нефтепровода до места сброса, ДгЛЕВ = zc —zH.

Отсюда критический расход нефти, откачиваемой с головной перекачивающей станции при сбросе, составит

2-Ш

(3.115)

Q KP ~

1 , 0 2 / Х ^ . + ( с - 1 ) - В

1=1

С целью определения величины критического сброса qKp, за­ пишем уравнение баланса напоров для правого участка трубо­ провода

(3.116)

= 1,02- / L 2 ^ /^ ’(0ю> Якр) + te .nP+hocT-

Соответственно, значение критического сброса с учетом ограничений при работе левого участка трубопровода, составит

l ,0 2 - / - |L - |^ j ]+B -(n-c +l)

Организация попутного сброса вносит изменения в рабо­ ту и правого участка нефтепровода. Это приводит к увеличению дифференциальных напоров станций, уменьшению гидравличе­ ского уклона и, как следствие, к увеличению напоров на выходе НПС с увеличением их номера. Самый большой напор будет на выходе л-й НПС. Его величина не должна превышать НПСпах •

Найдем величину критического сброса из условия, что

А#, H CTn ~ Н п с max'

По определению

Hn=hn +{c ~1)' {A -B'Q ?P) +(n - c + iy [A - B .(Q ia. - q KP)2-m'\ -...

С другой стороны, согласно уравнению баланса напоров для всего эксплуатационного участка

hn + (c - l) - (A - B - Q % ) + ( n - C + l ) { A - B i Q KP- q KP)2-m] =

Решая (3.117) с учетом (3.119) относительно критического расхода за местом сброса, получаем

Подставив (3.114) в (3.113) после простых преобразований будем иметь

l , 0 2 - / - £ f , + f l - ( c - l ) 1-1

При известном QKPвеличина критического сброса находится из (3.120).

Таким образом, величина критического сброса qKPможет ли­ митироваться как подпорами с-й и я-й НПС, так и напором на выходе последней. В общем же случае, когда оборудование неф­ теперекачивающих станций не однотипно, а число включенных насосов различно, лимитирующими могут быть параметры ра­ боты каждой их них.

Если требуемая величина сброса превышает допустимую qKP> то необходимо прибегнуть к регулированию. Так, если величи­ на сброса лимитируется подпором какой-либо НПС, то надо уменьшить производительность нефтепровода, увеличив гид­ равлическое сопротивление правой части (например, дроссе­ лированием) или уменьшив напоры станций за пунктом сброса. Если же величина сброса лимитируется напором какой-либо из станций, то следует уменьшать напоры и увеличивать гидравли­ ческое сопротивление в левой части трубопровода.

Нефтепровод с подкачкой

В случае подкачки гидравлическое сопротивление правого участка трубопровода возрастает, что приводит к уменьшению расхода нефти, откачиваемой с ГПС. Вследствие этого подпоры на входе НПС, расположенных на левом участке нефтепрово­ да, будут возрастать и достигнут наибольшего значения у стан­ ции, где производится подкачка, то есть на с-й НПС. В правом участке расход увеличится на величину подкачки, что приведет

134

к уменьшению подпоров НПС, расположенных в правой части трубопровода (рис. 3.37).

Таким образом, критическую подкачку qKPнадо находить из двух условий: 1) напор на выходе с-й НПС достигает максималь­ но допустимого значения # ЯСтах; 2) подпор на и-й НПС равен минимально допустимой величине АН .

Рис. 3.37. Распределение подпоров и напоров в случае подкачки на с-й НПС

В первом случае критический расход QKp = Q. + qKP, соответ­ ствующий величине критической подкачки, найдем из уравнения баланса напоров для правой части трубопровода при Aznp= zK —zc

l , 0 2 - / - ( L - 2 £ , . l + (n -c) -B

V 1=1 )

Полагая, что подпор перед с-й ПС в случае критической под­ качки равен

запишем уравнение баланса напоров для левой части

hn + { c - l ) [ A - B . { Q KP- q KP)2-m] = l , 0 2 - f - f i£r {QKP- q KP)1-m+

м (3.125)

откуда величина критической подкачки составляет 1

1 ,0 2 -/-|Х + (с -1 ).Я

Во втором случае, когда величину критической подкачки рег­ ламентирует подпор на л-й НПС, значение qKPнаходится следу­ ющим образом.

По определению

bHn=hn + (c - l ) - ( A - B - & - " ') +( n - c ) - [ A - B - ( Q . + q KP)2-a] -...

С другой стороны, уравнение баланса напоров для всего экс­ плуатационного участка при наличии подкачки имеет вид

Ая +(с-1)-(А -В -й2-"’)+ (л -с+1)-[д -В -(0. + 9№)2'га] =

Решая (3.127) с учетом (3.128) относительно критического расхода за местом подкачки, получим

Подставив (3.129) в (3.128) и решая его относительно расхода, с которым нефть откачивается с ГПС, находим

1 , 0 2 / £ г , + В ( с - 1 )

(3.130)

По известной величине Q. значение критического расхода подкачки находится из формулы (3.129).

В качестве допустимого расхода подкачки принимается мень­ шее из двух найденных значений qKp. Если требуемый расход

136

подкачки больше допустимого, то необходимо прибегнуть к ре­ гулированию. В обоих случаях надо уменьшить дифференциаль­ ные напоры НПС или увеличить гидравлическое сопротивление правой части нефтепровода.

3.17. Увеличение пропускной способности нефтепровода

В процессе эксплуатации магистральных нефтепроводов мо­ жет возникнуть необходимость перераспределения грузопотоков транспортируемой нефти. Выходом из сложившейся ситуации является либо строительство новых (параллельных) нефтепро­ водов, либо увеличение пропускной способности существую­ щих магистралей.

Последний вариант можно реализовать изменением (Q —Н) характеристики нефтеперекачивающих станций или линей­ ной части трубопровода таким образом, чтобы рабочая точ­ ка переместилась вправо. Это может быть достигнуто либо со­ оружением дополнительных НПС на линейных участках между существующими станциями (удвоением числа НПС), либо про­ кладкой дополнительных лупингов (применение противотурбулентных присадок рассмотрено выше).

Рассмотрим возможности каждого из методов на примере одного эксплуатационного участка.

Удвоение числа нефтеперекачивающих станций

Производительность нефтепровода, которая была до удвое­ ния числа НПС, может быть определена по формуле (3.48). После того как количество НПС будет удвоено, в соответствии с уравнением баланса напоров

hn + 2 - n - (A - B - Q Ï - m) = l,0 2 - f . Q Ï - m-Lp +&z + hOCT (3.131)

в нефтепроводе установится производительность 1

Поделив почленно формулу (3.132) на (3.48) при N3= 1 и имея в виду, что Q, /Q —хНПС —коэффициент увеличения пропускной способности при удвоении числа НПС, получим

дительность на 41...49 %, то есть менее чем наполовину. Если же учесть, что В ф 0, то найденные величины хнпс будут несколько меньше.

Прокладка лупинга

Из уравнения баланса напоров для трубопровода, имеющего лупинг длиной Сл,

следует, что его производительность составит

1

2-т

Соответственно, увеличение производительности произой­ дет в число раз, равное

Как и ранее, для удобства анализа примем, что W = 0. В результате формула (3.138) примет вид

Видно, что увеличение производительности в этом случае за­ висит только от того, какую долю от общей длины основной ма­ гистрали составляет лупинг, от соотношения диаметров лупинга

иосновного трубопровода, а также от режима перекачки.

Втабл. 3.10 приведены расчетные величины хл Для случая, когда диаметры основной магистрали и лупинга равны.

Увеличение производительности нефтепровода, достигаемое прокладкой лупинга того же диаметра

Видно, что прокладка лупинга, равного протяженности ос­ новного трубопровода, позволяет удвоить его пропускную спо­ собность независимо от режима течения. Очень важно, что та­ кая величина хл достигается без строительства дополнительных нефтеперекачивающих станций, и поэтому построенный лупинг не является просто новым нефтепроводом.

Из формулы (3.139) можно выразить необходимую длину лу­ пинга, обеспечивающего увеличение производительности неф­

Расчеты по формуле (3.140) показывают: такое же увеличение производительности, что и при удвоении числа НПС (хл = Хнпс)> достигается при следующих длинах лупинга: при т = 1 Сл = Zp; при т = 0,25 Сл = 0,712-Lp; при т = 0,1 Zn = 0,683 • Lp, при т = 0 ijj = 0,667 Lp, то есть в зависимости от режима течения длина лупинга должна составлять от 66,7 до 100 % длины основной ма­ гистрали.

К сожалению, на увеличение пропускной способности неф­ тепроводов накладывается ряд ограничений. Так, нередко с це­ лью снижения капиталовложений трубопроводы проектируют с уменьшающейся толщиной стенки (в соответствии с харак­ тером изменения давлений между станциями). В этих услови­ ях удвоение числа НПС, приводящее к увеличению давления в середине перегонов, может оказаться невозможным. Пробле­ матично увеличение числа нефтеперекачивающих станций и на

140