книги / Трубопроводный транспорт нефти, нефтепродуктов и газа

На рис. 3.12 отрезок NK изображает остаточный напор в ко­ нечном пункте (точка К), а линия B N —линию гидравлического уклона с учетом местных сопротивлений. Напор, необходимый для того, чтобы нефть дошла от точки л до точки К, соответству­ ет отрезку BS, так как он равен произведению расстояния SK на гидравлический уклон tg а, то есть SK ■tg а. Располагаемый на­ пор жидкости в точке л относительно точки К равен zn —z^ Так как (zn —zK) > BS, то жидкость от точки л до точки К с проект­ ным расходом дойдет. От любой другой точки, расположенной левее точки л, жидкость до конечного пункта не дойдет, так как она не будет обладать энергией, достаточной для подъема на вер­ шину л. Не дойдет она до конца трубопровода и от точек, распо­ ложенных между точками А и К, так как в них располагаемый напор жидкости меньше потерь на трение при проектном расхо­ де. От любой точки, расположенной между точками л и А, жид­ кость до конца трубопровода с проектным расходом дойдет, но ближе всех к его началу находится точка л. Поэтому достаточно доставить жидкость только до нее. Таким образом, точка л явля­ ется перевальной по определению.

ся из нее парами и растворенными газами. При значительной длине самотечного участка вследствие высокой скорости пото­ ка происходит отрыв и унос парогазовых пузырьков из нижней части газовой полости. По мере удаления от самотечного участ­ ка давление жидкости возрастает, что приводит к кавитацион­ ным процессам из-за схлопывания пузырьков. В свою очередь, это может привести к значительной вибрации трубопровода и со­ провождается повышенным уровнем шума.

После расстановки перекачивающих станций профиль трас­ сы должен быть исследован на наличие перевальных точек по­ вторно. Исследование выполняется для каждого перегона в от­ дельности при производительностях перекачки меньших, чем проектная. С одной стороны, это позволяет более правильно определить необходимое количество работающих на станциях насосов, а с другой —лучше представить, что происходит в тру­ бопроводе.

Длительная работа нефтепровода на пониженных режимах перекачки является причиной продолжительного существова­ ния газовой полости за перевальной точкой. Повышенное содер­ жание в нефти сернистых соединений может вызвать ускоренное протекание коррозионных процессов на внутренней поверхнос­ ти стенки трубы над свободной поверхностью жидкости.

При увеличении расхода перекачиваемой нефти перевальная точка может исчезнуть, однако процесс растворения парогазо­ вого скопления продолжается длительное время. Если скорость течения достаточно велика, скопления газа выносятся пото­ ком жидкости и могут достичь резервуара на конечном пункте нефтепровода. Сопровождающий это явление гидравлический удар приводит к повреждению резервуаров и их оборудования.

Если в конце рассматриваемого участка нефтепровода под­ держивать повышенный напор кф(рис. 3.11), то появления пе­ ревальных точек на трассе можно избежать (линия гидравличес­ кого уклона 2 будет продолжена пунктирной линией). Разница полезного Афи требуемого А ^ напоров может быть использова­ на, например, для привода небольшой электростанции. Проект такой электростанции разработан для нефтепровода Тихорецк— Новороссийск в районе нефтебазы «Грушовая».

При Q = О характеристика трубопровода отсекает на оси ординат отрезок Az + Иэ • hocr В диапазоне расходов от 0 до QKP= п • D • V • ReKP/ 4 (область ламинарного режима течения) зависимость Нот Q линейная. При Q > QKpхарактеристика тру­ бопровода имеет вид параболы вида Q2-".

Величины V, D и Lpопределяют крутизну характеристики тру­ бопровода. Чем меньше диаметр D, а также чем больше вязкость нефти у и расчетная длина нефтепровода Lp, тем круче его ха­ рактеристика.

При практических расчетах нет необходимости в построении характеристики H =fiQ ) от начала координат, где 0 = 0. Впол­ не достаточно построить характеристику по нескольким точкам, соответствующим узкому интервалу расходов, ожидаемых при эксплуатации рассчитываемого нефтепровода.

Уравнение баланса напоров

Из курса гидравлики известно уравнение Бернулли для уста­ новившегося течения несжимаемой жидкости

где zx, Р\, w, —соответственно нивелирная высота, давление и средняя скорость потока в начале трубопровода; z^, Р2, w2 —то же для конечного сечения трубопровода; Л12 — потери напора на трение между начальным и конечным сечениями; р —плотность жидкости; g —ускорение сво­ бодного падения.

При перекачке нефти по трубопроводу постоянного диаметра

содной лишь головной перекачивающей станцией;

1)скорость потока неизменна (w, = w2);

2)удельная потенциальная энергия давления в начале трубопро­ вода PJ(p • g) складывается из напора hm создаваемого под­ порной насосной, и напора Нст, создаваемого магистральны­

ми насосами, то есть Рх/{р • g) = hn+ НС1;

3)удельная потенциальная энергия давления в конце трубопро­ вода Р2/(р • g) равна остаточному напору hœ7;

пересечения характеристик называется рабочей точкой (А), ко­ торая характеризует требуемый напор Нл и пропускную способ­ ность QÂнефтепровода при заданных условиях перекачки. Ра­ венство создаваемого и требуемого напоров, а также равенство подачи насосов и расхода нефти в трубопроводе приводят к важ­ ному выводу: трубопровод и перекачивающие станции составля­ ют единую гидравлическую систему. Изменение режима работы НПС (отключение части насосов или станций) приведет к из­ менению режима нефтепровода в целом. Изменение гидравли­ ческого сопротивления трубопровода или отдельного его пере­ гона (изменение вязкости, включение резервных ниток, замена труб на отдельных участках трассы и т. п.), в свою очередь, ока­ жет влияние на режим работы всех перекачивающих станций.

Рис. 3.14. Совмещенная характеристика нефтепровода

инефтеперекачивающих станций:

/- характеристика трубопровода; 2 —характеристика нефтеперекачивающих

станций

Уравнение баланса напоров позволяет находить расход, уста­ навливающийся в трубопроводе, аналитически. Если прене­ бречь (в силу того, что N3 hn« п Нст) зависимостью напора

подпорных насосов от подачи, а суммарный напор магистраль-

2_т

ных насосов представить формулой Нст = А -В Q ,то урав­ нение (3.46) можно записать в виде

N3-hn + n ( A - B - Q2~m) = 1,02-f-Q 2~m Lp +&z + N3-hOCT. (3.47)

1

Из формулы (3.48) видно, что при прочих равных условиях расход нефти в трубопроводе тем больше, чем меньше гидрав­ лический уклон при единичном расходе/ и крутизна суммарной характеристики магистральных насосов НПС п ■В, а также чем больше их напор при нулевой подаче п • А.

Формула (3.42) справедлива при установке на НПС однотип­ ного насосного оборудования и работе станций без дросселиро­ вания.

Определение числа перекачивающих станций

На этапе проектирования нефтепроводов, когда требуемая (плановая) производительность нефтепровода Qnj] задана, урав­ нение баланса напоров используется для определения расчет­ ного числа нефтеперекачивающих станций п0. Полагая п = п0 и с учетом (3.41), из уравнения (3.46) получаем

(3.49)

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

Как правило, значение п0оказывается дробным и его следует округлить до целого числа.

Рассмотрим вариант округления числа ПС в меньшую сто­ рону (рис. 3.15). При п < п0 напора станций для обеспечения плановой производительности Qm недостаточно, поэтому не­ обходимо уменьшить гидравлическое сопротивление трубопро­ вода прокладкой дополнительного лупинга (устройством встав­ ки большего диаметра) или применением противотурбулентной присадки. При этом характеристика трубопровода станет более пологой и рабочая точка Л, сместится до положения А2.