Файл: Программа для чтения pdfфайлов. Загл с этикетки диска.pdf

53
Таблица № 3.2.1.
Зависимость пропускной способности нефтепровода от диаметра трубопровода и скорости движения нефти в МН
(при значении коэффициента неравномерности перекачки 1.07 и плотности нефти 0.85 [т

м
-3
]).
Пропускная способность нефтепровода,
Диаметр (наружный)
Скорость движения нефти,
[млн.т/год]
[мм]
[м

с
-1
]
0.8 159 2.0 1.7 219 2.0 2.6 273 2.0 3.7 325 2.0 5.1 377 2.0 6.5 426 2.0 10.1 530 2.0 14.3 630 2.0 23.2 720 2.5 30.2 820 2.5 56.2 1020 3.0 60.9 1067 3.0 92.6 1220 3.5
Из Таблицы № 3.2.1 следует, что указанному значению пропускной спо- собности (первый столбец) соответствует одно значение наружного диаметра
(второй столбец). Поэтому для указанного выше необходимого сравнения различных вариантов при различных диаметрах используется предвари-
тельный расчет нефтепровода – без расчета и учета толщины стенки тру- бы.
Предварительный расчет нефтепровода начинается с выбора трех вари-
антов наружного диаметра на основании Таблицы № 3.2.1. Так, при задан- ной пропускной способности (§2.1) нефтепровода 50 [млн.т/год] выбирается ближайшее к нему указанное в Таблице № 3.2.1 значение пропускной спо- собности 56.2 [млн.т/год] и соответствующее ему значение наружного диа- метра 1020 [мм]. Два дополнительных варианта наружного диаметра – бли- жайшие меньший 820 [мм] и больший 1067 [мм] диаметры. Таким образом, для заданного значения пропускной способности нефтепровода определены три конкурирующих варианта диаметров. Часто для предварительного рас- чета нефтепровода в качестве конкурирующих вариантов используют услов- ные диаметры (§2.3). Именно значение условного диаметра и используется в формулах (2.3.11) и (2.3.12) и в Таблице № 2.3.1.
Руководящим документом [24] допускает другой вариант определения диаметра. В [24] приводится формула для обоснования ориентировочного
значения внутреннего диаметра нефтепровода D
0
D
0
=
w
Q



4
,

54 где Q – секундная подача, [м
3

с
-1
]; w – скорость перекачки, [м

с
-1
].
По ориентировочному значению D
0
принимается ближайший стандарт- ный D
н наружный диаметр.
Выбор диаметра позволяет определить величину гидравлического укло- на и построить принципиальную для технологии проектирования и эксплуа- тации нефтепроводов характеристику – линию гидравлического уклона.
Мерой полной механической энергии, принадлежащей единице веса, проходящей через данное поперечное сечение струйки, является полный
напор H (полная удельная энергия). Величина полного напора определяется по выражению
Н = z +
g
p


+
g
w

2 2
, (3.2.1) где z – координата, называемая высотной (геодезической) отметкой (§1.3); g
– ускорение свободного падения, [м

с
-2
].
Полный напор (3.2.1) представляет собой сумму двух напоров – потен-
циального z +
g
p


(3.2.2) и кинетического (скоростного)
g
w

2 2
. (3.2.3)
Потенциальный напор (3.2.2) является мерой потенциальной энергии, при- надлежащей единице веса жидкости, и определяется как сумма удельной энергии положения z (геометрический напор) и удельной энергии давления
g
p


(пьезометрический напор). В нормативной документации [18,19,24] пьезометрический напор часто называется напором давления. Скоростной
напор
g
w

2 2
представляет собой меру кинетической энергии, принадлежащую единице веса жидкости. Таким образом, полный напор представляет собой полную механическую энергию единицы веса жидкости, равную сумме по- тенциальной и кинетической энергий.
Согласно (3.2.1) полный напор измеряется в единицах длины – в метрах.
И, следовательно, полный напор может быть представлен графически. При этом величина потери напора на трение (на преодоление сил вязкого сопро- тивления) h тр
(2.3.10) линейно зависит от длины расчетного участка нефте- провода. Зная значение гидравлического уклона (2.3.11) можем построить распределение полного напора (меры полной механической энергии жидко- сти) по длине нефтепровода –

55
L
Н
I
Н
II
Линия гидравлического уклона
g
p


1
g
p


2
X
Z(x)
I
II
g
w

2 2
Х
1
Х
2
g
p


Рис.№ 3.2.1.Линия гидравлического уклона – распределение энергии и ее составляющих по длине трубопровода.
g
w

2 2
по длине трубопровода.
Таким образом, механический смысл линии гидравлического уклона – распределение энергии жидкости по длине трубопровода. При построении рис.№.3.2.1 считаем, что объемный расход (§2.1) по длине L не меняется и нефтепровод по всей длине имеет постоянный внутренний диаметр D
вн
Величина h тр
(2.3.10) показана на рис.№ 3.2.2.
Из (2.3.10) и рис.№ 3.2.2 видно, что гидравлический уклон равен i =
L
h

= tg

, (3.2.4) где

– тангенс угла наклона линии гидравлического уклона.
Таким образом, механический смысл гидравлического уклона – поте-
ря напора на единицу длины.
Из вышесказанного следует необходимость конкретизации этапа “Тех- нологическое проектирование” представленной на рис.№ 2.2.1 последова- тельностью действий (рис.№ 3.2.3).

56
L
Н
I
Н
II
Линия гидравлического уклона
g
p


1
g
p


2
X
Z(x)
I
II
g
w

2 2
Х
1
Х
2
g
p



h тр
= i

L
Рис.№ 3.2.2.Линия гидравлического уклона и величина h тр
Задание на проектирование – {Q,L,

,

}
Технологическое проектирование – определение трех вариантов внешнего диаметра трубы D
н
D
н1
D
н2
D
н3
Инженерные изыскания – {z(x),T}
……………….
Рис.№ 3.2.3.Схема общей последовательности действий в рамках технологического проектирования.

57
Пример № 3.2.1. Выбор диаметра для проектируемого нефтепровода.
В соответствии с Таблицей № 3.2.1 и указанным в Задании на проекти- рование значением массового расхода 50 [млн.т.∙год
-1
] необходимо выбрать три варианта наружного диаметра
D
н1
= 820 [мм], D
н2
= 1020 [мм], D
н3
= 1067 [мм]. (3.2.5)
Из формулы (2.1.1) следует формула для расчета скорости нефти w =
2 4



D
Q

. (3.2.6)
В соответствии с полученным в Примере № 2.1.1 значением секундной пропускной способности получаем w =
2 4



D
Q

=
2 0426 2
4



D

В рамках предварительного расчета для расчета скорости нефти исполь- зуем условный диаметр (§2.3). Тогда скорость в нефтепроводе с условным диаметром D
Y
= 800 [мм] будет равна w
800
=
2 4



D
Q

=
2 0426 2
4



D

=
2 8
0 0426 2
4



= 4.066, [м

с
-1
].
Если в качестве условного диаметра использовать наружный диаметр, то скорость нефти будет равна w
820
=
2 4



D
Q

=
2 0426 2
4



D

=
2 82 0
0426 2
4



= 3.87, [м

с
-1
].
Таким образом, значение скорости нефти для наружного диаметра 820
[мм] превышает указанное в Таблице № 3.2.1 допустимое значение (w < 2.5
[м

с
-1
]). Поэтому данный вариант наружного диаметра не подходит для про- ектирования и в дальнейшем не рассматривается в качестве возможного.
Для условного диаметра D
Y
= 1000 [мм] скорость нефти равна w
1000
=
2 4



D
Q

=
2 0426 2
4



D

=
2 1
0426 2
4



= 2.6, [м

с
-1
], для диаметра D
Y
= 1050 [мм] – w
1050
=
2 4



D
Q

=
2 0426 2
4



D

=
2 05 1
0426 2
4



= 2.36, [м

с
-1
].
Получаем, что из трех вариантов (3.2.5) наружного диаметра для предва- рительного расчета нефтепровода остаются два
D
н2
= 1020 [мм], D
н3
= 1067 [мм]. (3.2.7)
Построение линии гидравлического уклона и определение угла ее наклона – гидравлического сопротивления – позволяет перейти к определе- нию следующей принципиального величины – расчетной длины нефтепрово- да.
3.3.Расчетная длина нефтепровода.

58
Массив высотных отметок. Давление насыщенных паров. Участок нефтепровода самотечный. Перевальная точка. Расчетная длина нефтепрово- да. Определение перевальных точек. Разность отметок между началом тру- бопровода и перевальной точкой.
Лупинг. Лимитирующий участок магистрального трубопровода. Техно- логического участка магистрального трубопровода. Участок магистрального трубопровода. Технологический режим работы. Требуемая длина лупинга.
Обобщенная формула Лейбензона.
Возможные варианты предварительного расчета.
Для расчета величины потери напора на трение h тр по формуле (3.1.2) необходимо знание длины расчетного участка. Всегда ли длина расчетного участка, используемая в (3.1.2), совпадает с длиной нефтепровода, указанной в задании на проектирование? Для ответа на этот вопрос используем линию гидравлического уклона, построенную в §3.2.
В общем случае профиль нефтепровода (вертикальный) (§1.3) задается в виде массива m высотных отметок (z) по длине нефтепровода (с коорди- натами х)
{x i
;z i
} при i=1,…,m. (3.3.1)
Из рис.№ 3.3.1 видно, что давление по длине нефтепровода может сни- жаться (на восходящих участках) и возрастать (на нисходящих участках).
L
Н
I
Н
II
Линия гидравлического уклона
g
p


1
g
p


2
X
Z(x)
I
II
g
w

2 2
Х
1
Х
2
g
p



Х
нп
Рис.№ 3.3.1.Линия гидравлического уклона и сечение Х
нп с

59 давлением нефти в нем, равным р нп
Давление насыщенных паров р нп
– это давление насыщенных паров транспортируемой нефти над ее поверхностью в замкнутом объеме (резерву- аре, полости трубопровода), находящихся в термодинамическом равновесии с жидкостью при данной температуре [30]. При падении давления (в сечении трубопровода с координатой Х
нп
) до величины давления насыщенных паров р
нп
(рис.№ 3.3.1) начинается фазовый переход транспортируемой жидкости в газовую фазу, что создает условия для возникновения самотечного участка
[17]. Участок нефтепровода самотечный[19] – участок линейной части магистрального нефтепровода от перевальной точки в направлении потока нефти, в пределах которого осуществляется безнапорное течение нефти, включая участок с неполным сечением.
Для определения расчетной длины нефтепровода необходимо произве- сти проверку на наличие перевальных точек на трассе нефтепровода и, в слу- чае их наличия, расчетная длина нефтепровода будет определяться как
расстояние от начала нефтепровода до перевальной точки.
Для определения наличия и местоположения перевальных точек приме- няется следующая последовательность операций [24]:
1.Проводится гидравлический расчет нефтепровода, определяется гид- равлический уклон i (тангенс угла наклона линии гидравлического уклона
(3.2.4)).
2.От последней точки профиля плюс минимальный требуемый напор на входе в конечный пункт нефтепровода (рис.№ 3.3.2) z
m
+ h рп строятся прямые линии (под углом, тангенс которого равен гидравлическому уклону) к каждой точке профиля от 1 до m – 1.
L
Z
I
Z
m i
m-5
X i
m-4
I m h
рп i
m-1
i m-2
i m-3
Рис.№ 3.3.2.Определение перевальных точек.

60 3.Определяются тангенсы углов наклона этих прямых с горизонтальной осью
{i
1
,…,i m-1
}. (3.3.2)
Ищем максимальное значение среди рассчитанных тангенсов углов наклона i max из (3.3.2) и соответствующий найденному максимальному значе- нию i max номер точки профиля k.
Если найденное значение больше гидравлического уклона, найденного по (2.3.11) и (3.2.4), i
max

i, (3.3.3) то точка (x k
,z k
) является перевальной точкой.
Расчетная длина нефтепровода в случае наличия перевальной точки определяется как расстояние до нее от начала трубопровода по формуле:
L = x k
– x
1
. (3.3.4)
Разность отметок начала и конца нефтепровода Δz в случае наличия пере- вальной точки определяется в процессе расчета как разность отметок
между началом трубопровода и перевальной точкой с учетом требуемого запаса Δh над перевальной точкой.
В случае отсутствия перевальной точки расчетная длина трубопро-
вода определяется по формуле:
L = x m
– x
1
. (3.3.5)
Согласно [17] гидравлический уклон (тангенс угла наклона линии гид- равлического уклона) может быть изменен путем присоединения лупинга различной длины вплоть до длины всего нефтепровода. В общем случае из- менение тангенса угла наклона линии гидравлического уклона может слу- жить разным целям. Однако в нормативных документах даются следующие определения:
- Лупинг [19,24] – трубопровод, проложенный параллельно основному нефтепроводу и соединённый с ним для увеличения пропускной способности магистрального нефтепровода.
- Лупинг [8] – трубопровод, дополнительно проложенный параллельно основному трубопроводу и соединенный с ним для увеличения его пропуск- ной способности.
Правило параллельного соединения нефтепроводов приведено в [17].
Повышение производительности трубопровода на лимитирующих
участках может производиться путем прокладки лупингов параллельно с основной ниткой трубопровода или заменой части длины трубопровода вставкой большего диаметра [24]. Это позволяет снизить гидравлические по- тери и обеспечить большую производительность перекачки без повышения напора на выходе нефтеперекачивающей станции, который может быть огра- ничен допустимым рабочим давлением на выходе НПС, потребляемой мощ- ностью насосов при ограничении номинальной мощности электродвигателей, характеристикой насосов.
Лимитирующий участок магистрального трубопровода [8] – участок магистрального трубопровода между двумя соседними НПС, имеющими наименьшую пропускную способность в пределах технологического участ-

61
ка магистрального трубопровода. Технологический участок магистраль- ного трубопровода [8] – работающий в едином гидравлическом режиме уча-
сток магистрального трубопровода от одной НПС с резервуарным парком до следующей по направлению перекачки НПС с резервуарным парком или до пункта назначения, для которого предусмотрен технологический режим
перекачки нефти/нефтепродуктов.
Участок (магистрального) трубопровода [8] – составная часть маги- стрального трубопровода, определяемая установленными границами:
- в зависимости от целей разделения магистрального трубопровода на участки различают технологические участки, тарифные участки, участки об- следования и т.п.;
- в качестве границ участков магистрального трубопровода используют, например, НПС, задвижки и т.п.
Технологический режим работы (участка магистрального трубопрово- да) [8] – режим перекачки нефти/нефтепродуктов по технологическому участку магистрального трубопровода, который характеризуется величиной производительности перекачки, значениями давления в различных точках данного участка, реологическими свойствами нефти/нефтепродуктов, коли- чеством и номерами включенных в работу насосных агрегатов, а также дру- гими параметрами.
Если для обеспечения требуемой производительности перекачки необ- ходим напор на выходе насосной станции H
треб
, но по техническим причинам он не может быть достигнут и ограничен значением H
доп
< H
треб
, то за счет снижения потерь напора на участке с лупингом (вставкой) требуемый напор можно снизить до уровня допустимого. Требуемая длина лупинга (вставки) при этом может быть определена по формуле
L
л
=
л
ДОП
ТРЕБ
i
i




, (3.3.6) где H
доп
– допустимый напор на выходе станции, [м]; H
треб
– требуемый напор на выходе станции для обеспечения заданной производительности перекачки по трубопроводу без лупинга (вставки), [м]; i – гидравлический уклон основ- ной трубы, определяемый по формуле, [м

км
-1
]; i л
– гидравлический уклон на участке с лупингом (вставкой), определяемый по формуле, [м

км
-1
].
Входящий в формулу (3.3.6) требуемый напор на выходе насосной стан- ции H
треб должен определяться с учетом требуемой производительности ра- боты трубопровода и изменения минимального подпора на входе первого насоса последующей станции (этот вопрос рассмотрен далее).
Если трубопровод имеет участок с лупингом (вставку), то гидравличе- ский уклон на этом участке связан с гидравлическим уклоном основной тру- бы соотношением через коэффициент

л

л
=
i
i
л
. (3.3.7)