Технологические расчеты магистральных нефтепроводов

 

Формулы для определения коэффициентов методом наименьших квадратов и характеристики рассматриваемых насосов.

 

 

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

2.1 Методика технологического расчета

 

При выполнении технологического расчета нужно определить такие параметры как: производительность, внутренний диаметр, протяженность или расчетную длина (при наличии самотечных участков), число НПС, рабочее давление, емкость резервуарных парков. Кроме перечисленных к технологическим параметрам также можно отнести гидравлический режим перекачки и распределение гидравлических потерь по трассе МН.

 Гидравлический расчёт простого трубопровода

Чтобы определить величину энергии, которую необходимо сообщить жидкости, для того чтобы осуществить перекачку по данному трубопроводу с заданным расходом, пренебрегая разностью скоростных напоров, воспользуемся следующим уравнением:

,    

где Dz=(zК–zН) – разность геодезических отметок.

Пропускную способность участка МН, при известных давлениях pН и pК можно определить одним из следующих методов:

1 Метод последовательных приближений. Пользуемся формулой

                    

Решаем уравнение следующим образом: принимаем λ=0,02 и определяем расход в первом приближении Q(1), по значению которого определим число Рейнольдса и по таблице 2.3 режим течения и λ(1), после чего, подставив в правую часть λ(1), получим Q(2). Последнее значение сравнивается со значением, полученным на предыдущем этапе. Если выполняется условие

,                      

то расчёт заканчивают, если не выполняются то определяют λ(2) и подставив в правую часть определяют Q(3) после чего снова проверяют условие (2.11) и т.д.

2 Аналитическое решение. Пользуемся формулой

.                         

Если режим течения не известен, то для определения Q задаемся значением коэффициентов b и m, а после проверяем соответствие принятого режима течения полученному расходу. Если полученный расход не соответствует принятому режиму, то принимаем коэффициенты b и m для следующего режим течения, снова определяем Q и делаем проверку.

 

2.2 Определение максимально возможной  пропускной способности МН и  влияние рельефа на режимы  перекачки.

 

Максимальным допустимым расходом МН является наименьший из максимальных расходов на участках между станциями. Определим какие пропускные способности могут быть между станциями по формуле:

 

где  - максимально допустимое давление на выходе i-ой станции, Па;

- минимальное допустимое давление  на входе i+1-ой станции, Па;

- геодезические отметки i-ой и i+1-ой станций, м;

- расстояние между станциями, м;

- внутренний диаметр МГ, м;

Для всех случаев первоначально принимаем , , где  - относительная шероховатость, которую можно найти по формуле:

Данные коэффициенты соответствуют зоне смешанного трения.

 

Определим критические значения чисел Рейнольдса по формулам:

2.2.1 Определим максимальный расход между первой и второй станцией:

Зная расход, мы можем определить число Рейнольдса по формуле:

По таблице 2.2.1 определяем режим течения. Поскольку , режим течения турбулентный, зона смешанного трения. Следовательно, расход определен правильно и пересчета не требуется.

 

Таблица 2.2.1 Значения коэффициентов l, m, b для различных режимов и зон течения жидкости в трубопроводе круглого сечения

 

Режим течения		Значение коэффициента
		l	m	b, с2/м
Ламинарный			1	4,15
Переходный турбулентный			–1,02	1,41×10–6
Развитый турбулентный	зона гидравлически гладких трубы		0,25	0,0246
	зона смешанного трения		0,1
	зона квадратичного трения		0

 

 

2.2.2 Определим максимальный расход  между второй и третьей станцией:

Определим число Рейнольдса по формуле:

По таблице 2.3 определяем режим течения. Поскольку , режим течения турбулентный, зона смешанного трения. Следовательно, расход определен правильно и пересчета не требуется.

2.2.3 Определим максимальный расход  между третьей станцией и конечным  пунктом:

Определим число Рейнольдса по формуле (2.5):

По таблице 2.3 определяем режим течения. Поскольку , режим течения турбулентный, зона смешанного трения. Следовательно, расход определен правильно и пересчета не требуется.

Таким образом, максимальным допустимым расходом МН является расход между третьей станцией и конечным пунктом, равный

Приложение А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      2.3 Расчет режимов работы МН

Режим работы нефтепровода в пределах эксплуатационного участка определяется совместным решением уравнений, описывающих гидравлическую характеристику линейных участков трубопровода и  напорную характеристику нефтеперекачивающих станций. При этом должны учитываться разрешенные давления, определяемые исходя из технического состояния трубопровода на каждом линейном участке, а также ограничения на работу насосов.

Производительность нефтепровода при рассматриваемом режиме перекачки определяется из решения уравнения баланса напоров:

,   (2.14)

где hП – напор, развиваемый подпорными насосами;

n – число линейных участков (нефтеперекачивающих станций);

nM j – число магистральных насосов, установленных на j-й НПС;

hМ jk – напор, развиваемый k-м магистральным насосом j-й НПС;

j jk – индекс состояния k-го магистрального насосного агрегата j-й НПС (jjk=1 при работающем насосе и j jk=0 при остановленном насосе);

ht j – потери напора на трение на  j-м линейном участке трубопровода;

Dz j – разность геодезических отметок на j-м линейном участке;

hОСТ – остаточный напор в конце эксплуатационного участка.

Уравнение (2.14) с учетом (1.8) и (2.4) можно записать в виде:

     (2.14’)

где аП, bП, аij, bij – коэффициенты в уравнении (1.8) для подпорного и магистральных насосов.

Также, из уравнения (2.14’) получим выражение для определения расхода

    (2.14’’)

Для решения уравнения (2.14) задаемся всеми возможными комбинациями включения магистральных насосов на каждой НПС рассматриваемого эксплуатационного участка.

Рассмотрим расчет на примере 6-го варианта включения насосов, в случае которого на НПС – 1 работает один подпорный насос НПВ5000-120 (Д2=645 мм), два магистральных насоса НМ5000-210, ротор 1 (Д2=450 мм), на НПС-2 работает один магистральный насос НМ5000-210, ротор 0,5 (Д2=430мм).

2.3.1 Определяем в первом приближении ( ) расход при данной схеме включения по формуле (2.14’’):

Q==0,57262(/с)

2.3.2 Определяем число Рейнольдса  по формуле (2.5)

По таблице 2.3 определяем режим течения. Поскольку , режим течения турбулентный, зона смешанного трения.

2.3.3 Определяем коэффициент гидравлического  трения:

2.3.4 Определяем  расход во втором приближении

2.3.5 Проверяем расхождение Q1 и Q2:

Таким образом, расход определен верно. Окончательно принимаем . Полученный расход меньше максимально допустимого

 

 

 

2.3.6 Определяем напор, создаваемый  насосами при данном расходе, по формуле (1.10):

• подпорного насоса

• магистрального насоса НМ1250-260 (Д2=395 мм)

HПС max =669,74 м

• магистрального насоса НМ1250-260 (Д2=390 мм)

DHmin =24,33 м HПС max =608,25

Определяем напор на выходе из НПС-1 по формуле (2.15)

Определяем напор на входе в НПС-2 по формуле (2.17)

Определяем напор на выходе из НПС-2

Определяем напор на входе в НПС-3 по формуле

Определяем напор на выходе из НПС-3

Определяем напор на входе на КП

Напоры на входе и на выходе всех станций удовлетворяют условию, накладываемому ограничениями по минимально допустимому подпору DHmin и максимальному напору HПС max (2.18) и (2.19).

 

2.4 Анализ результатов расчета  режимов

 

В результате расчетов мы получили 14 режимов, при которых выполняются условия по расходу и ограничения напоров. Это 1, 2, 3, 4, 9, 10, 11, 14, 15, 16, 29, 30, 31, 32 режимы. Остальные режимы не обеспечивают выполнения условий по напорам и максимальному расходу. Сводная таблица режимов, используемых в дальнейших расчетах при выборе рациональных режимов, представлена в Приложении Б.

 

 

3 ВЫБОР  РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ

 

3.1 Определение рациональных режимов  эксплуатации

 

Несмотря на существование множества возможных режимов эксплуатации МН, использовать необходимо те из них, при которых удельные затраты энергии на перекачку 1 тонны нефти будут наименьшими.

Критерием выбора оптимальных режимов из числа возможных является величина удельных энергозатрат на перекачку 1 тонны нефти EУД, вычисленная по формуле

    (3.1)

где NП – мощность, потребляемая подпорными насосами;

NМij – мощность, потребляемая j-м магистральным насосом на i-й НПС;

Q – производительность нефтепровода при выбранном числе насосов.

Мощность электродвигателей подпорного и основного насоса определим по формулам

;     (3.2)

,     (3.3)

где ηН ,  ηЭ , ηМЕХ – величины к. п. д. соответственно насоса, электродвигателя и механической передачи.

Коэффициент полезного действия механической передачи принимаем равным ηМЕХ =0,99.

Коэффициент полезного действия электродвигателя hЭ в зависимости от его загрузки определяется выражением

,      (3.4)

где r0 , r1 , r2 – эмпирические коэффициенты;

KЗ – коэффициент загрузки электродвигателя, равный отношению мощности на валу электродвигателя NЭ  к его номинальной мощности NЭН:

.    (3.5)

Таблица 3.1 – Значения коэффициентов в формуле (3.4)

Тип электродвигателя	r0	r1	r2
Синхронный	0,890	0,114	-3,601·10-2
Асинхронный	0,452	0,987	-0,592

 

Рассмотрим режим № 15.

Определяем КПД насосов НМ1250-260 с Д2, равным 395, 418 и 390 мм, а также НПВ1250-60 при работе на данном режиме по формуле (1.11)

,

,

.

Определим коэффициент загрузки электродвигателя каждого насоса по формуле (3.5)

Определим КПД электродвигателя каждого насоса по формуле (3.4)

Определим мощность электродвигателей:

• ВАОВ500М-4У1 (НПВ 1250-60) по формуле (3.2):

• СТДП1250-2 УХЛ 4 (НМ 1250-260 Д2=395) по формуле (3.3):

• СТДП1250-2 УХЛ 4 (НМ 1250-260 Д2=418) по формуле (3.3):

• СТДП1250-2 УХЛ 4 (НМ 1250-260 Д2=390) по формуле (3.3):