Розрахунок пропускної здатності магістрального нафтопроводу за умов заданого розташування нафтоперекачувальних станцій

Розрахунок режимів експлуатації нафтопроводу передбачає визначення тисків нафти на виході нафтоперекачувальних станцій, підпорів перед ними і продуктивності нафтопроводу за умов, що відрізняються від розрахункових. Розв’язується також питання про регулювання режимів роботи нафтопроводу з метою забезпечення проектних режимів його роботи.

Зауваження: Розрахунок, на даний момент, проводиться тільки для однакових основних насосів!

Методика розрахунку: “Нормы технологического проектирования магистральных нефтепроводов” (ВНТП 2-86)

Зміст

  1. Особливості технологічного розрахунку магістрального нафтопроводу
  2. Мета
  3. Вихідні дані для розрахунку
  4. Алгоритм розрахунку

Особливості технологічного розрахунку магістрального нафтопроводу

При технологічному розрахунку магістральних нафтопроводів розв’язуються такі основні завдання:

  • знаходження оптимальних параметрів нафтопроводу: діаметра трубопроводу, тисків на нафтоперекачувальних станціях, товщини стінки трубопроводу і кількості нафтоперекачувальних станцій.
  • визначення місця розташування нафтоперекачувальних станцій на трасі нафтопроводу.
  • розрахунок режимів роботи нафтопроводу з врахуванням характеристик насосних агрегатів.

Мета

Мета розрахунку є здійснення технологічних розрахунків режиму роботи обладнання НПС. Зробити розрахунок режимів експлуатації нафтопроводу, який передбачає визначення тисків нафти на виході нафтоперекачувальних станцій, підпорів перед ними і продуктивності нафтопроводу за умов, що відрізняються від розрахункових. Розв’язати також питання про регулювання режимів роботи нафтопроводу з метою забезпечення проектних режимів його роботи.

Вихідні дані для розрахунку

  1. Густина нафти за температури 20 oС, кг/м3
  2. В'язкість нафти за температури 0 oС, cCт
  3. В'язкість нафти за температури 20 oС, cCт
  4. Довжина трубопроводу, км
  5. Діаметр нафтопроводу, мм
  6. Товщина стінки трубопроводу, мм
  7. Річний обсяг перекачування, млн. т/рік
  8. Температура грунту на осі прокладання трубопроводу, oС
  9. Гориста або болотиста місцевість проходження траси, %
  10. Кількість працюючих основних насосів на ГНПС, шт
  11. Коефіцієнт "а" математичної моделі для основного насосу, м
  12. Коефіцієнт "b" математичної моделі для основного насосу, с2/м5
  13. Коефіцієнт "а" математичної моделі для підпірного насосу, м
  14. Коефіцієнт "b" математичної моделі для підпірного насосу, с2/м5
  15. Геодезична позначка початку нафтопроводу, м
  16. Геодезична позначка кінця нафтопроводу, м

Алгоритм розрахунку

Визначення розрахункових величин густини, в’язкості та витрати нафти

За розрахункову температуру приймають мінімальну середньомісячну протягом року температуру ґрунту на глибині укладання осі трубопроводу, тому що вона є найгіршою умовою для перекачування нафти.

  1. Температурна поправка, яка визначається за формулою, кг/(м3·oC)

1

  1. Густину нафти визначаємо за формулою, кг/м3

2

  1. Коефіцієнт крутизни віскограми, що визначається за формулою

3

де ν1, ν2 - відомі значення в’язкості нафти при температурах t1, t2 відповідно, cCт.

  1. В’язкість нафти визначаємо за формулою Рейнольдса-Філонова, м2/с

4

де ν* - відоме значення в’язкості при температурі t*, cCт.

  1. Добовий об'єм перекачування згідно з нормами технологічного проектування магістральних нафтопроводів дорівнює, м3/д

5

де kn - коефіцієнт перерозподілу потоку, для однониткових нафтопроводів, що з'єднують системи приймаються рівним 1,07;
M - річний обсяг перекачування, кг/рік;
ρ - розрахункове значення густини нафти, кг/м3;
N - розрахункова кількість днів роботи нафтопроводу протягом року, діб.

  1. Визначаємо годинну продуктивність нафтопроводу, м3/год

6

  1. Обчислюємо секундну продуктивність, м3/c

7

Математичне моделювання напірних та енергетичних характеристик відцентрових насосів

  1. З достатньою для практичних розрахунків точністю робоча зона напірної характеристики нафтових насосів описується такою математичною моделлю, м

8

де а і b – це коефіцієнти математичної моделі, що визначаються за координатами двох точок напірної характеристики насоса;
Q – розрахункова секундна продуктивність, м3/с;

  1. Визначимо напір, що створює головна НПС, м

9

де r – кількість одночасно працюючих послідовно насосів, шт;
hп і h – напори, що створюють підпірний та основний насоси при заданій продуктивності, м.

  1. Для визначення тиску, що створює головна НПС користуємося наступною формулою

10

Гідравлічний розрахунок нафтопроводу

  1. Для початку знайдемо внутрішній діаметр трубопроводу, м

11

  1. Визначимо швидкість рідини в трубопроводі за формулою, м/с

12

  1. Визначаємо число Рейнольдса за формулою

13

де νt – кінематична в’язкість нафти за найнижчої температури перекачування, м2/с.

За таблицею, в залежності від зовнішнього діаметра трубопроводу Dз визначаємо параметри ReI ⋅ 103, ReII ⋅ 103, B ⋅ 10-4

  1. Якщо Re < 2000 , то коефіцієнт гідравлічного опору визначається за формулою

14

  1. Якщо Re > 2000 и Re < 2800, то коефіцієнт гідравлічного опору визначається за формулою

15

  1. Якщо Re > 2800 и Re < ReI, то коефіцієнт гідравлічного опору визначається за формулою

16

  1. Якщо Re > ReI и Re < ReII, то коефіцієнт гідравлічного опору визначається за формулою

17

  1. Якщо Re > ReII, то коефіцієнт гідравлічного опору визначається за формулою

18

  1. Обчислимо втрати напору на тертя по довжині трубопроводу, м

19

  1. Визначаємо загальні втрати напору, м

20

де Δz – різниця геодезичних позначок кінця і початку нафтопроводу відповідно, м.
hк – залишковий напір кінцевого пункту, який приймаємо 30 м.

Якщо PГНПС > Pдоп то PГНПС = Pдоп, в противному випадку PГНПС залишаємо без змін.

  1. Напір, що створює проміжна станція визначається за формулою, м

21

де ρt – густина нафти за найнижчої температури перекачування, кг/м3.
hп – напір, що створює один підпірний насос, за робочої продуктивності, м.

  1. Визначаємо розрахункову кількість проміжних перекачувальних станцій

22

Заокруглюємо кількість станцій за таким принципом: якщо дробова частина більша чи рівна 0.2, то кількість станцій заокруглюємо до більшого цілого числа, а якщо дробова частина менша за 0.2, то кількість станцій заокруглюємо до меншого цілого числа і на трубопроводі встановлюються лупінг для забезпечення необхідного обсягу транспортування нафти.

  1. Знаходимо гідравлічний нахил в трубопроводі

23

  1. Необхідну довжину лупінга розраховуємо за виразом

24

де ω – коефіцієнт, що зводить параметри лупінга до параметрів основної магістралі.

Уточнений гідравлічний розрахунок нафтопроводу

Уточнений гідравлічний розрахунок проводиться із метою визначення фактичної продуктивності трубопроводу. Це здійснюється шляхом послідовних наближень, за алгоритмом описаним нижче.

Приймаємо в першому наближенні значення пропускної здатності обчислене за формулою 7

  1. Визначаємо коефіцієнти А, м

25

  1. Визначаємо коефіцієнти В, с2/м5

26

  1. Визначаємо параметр æ

27

Далі визначаємо швидкість руху нафти за формулою 12

Знаходимо число Рейнольдса за формулою 13

Залежно від знайденого числа Рейнольдса обчилюємо коефіцієнт гідравлічного опору за формулами 14-18

Визначаємо напори які створюють основний і підпірний насоси відповідно за формулою 8

Знаходимо напір на ГНПС за формулою 9

Визначаємо тиск на виході ГНПС за формулою 10 і порівнюємо його із допустимим

  1. При визначенні напору дроселювання враховуємо умову, якщо PГНПС > Pдоп

28

в іншому випадку h'др = 0

  1. Визначаємо сумарний напір, що дроселюється на виході всіх станцій

29

  1. Значення фактичної продуктивності визначаємо за формулою

30

  1. Перевіряємо умову

31

Якщо умова не виконується, то проводимо друге наближення, прийнявши значення Q із попереднього розрахунку.

Визначення пропускної здатності магістрального нафтопроводу

  1. Маючи значення максимально допустимих тисків на виході НПС, визначаємо максимально допустимі напори за формулою

32

  1. Аналогічно визначаємо мінімально допустимі тиски на вході НПС і кінцевого пункту магістрального нафтопроводу

33

Визначаємо середню швидкість руху нафти в поперечному перерізі за формулою 12.

Визначаємо число Рейнольдса за формулою 13

  1. Відносна шорсткість внутрішньої поверхні труби, яка визначається за формулою

34

де Ke - абсолютна шорсткість внутрішньої поверхні трубопроводу, приймаємо Ke = 0,2 мм

  1. Визначаємо перше перехідне число Рейнольдса за формулою

35

  1. Визначаємо друге перехідне число Рейнольдса за формулою

36

  1. Якщо Re < 2320, то коефіцієнт гідравлічного опору визначається за формулою

37

  1. Якщо Re > 2320 и Re < ReI и Re < 105, то коефіцієнт гідравлічного опору визначається за формулою

38

  1. Якщо Re > 2320 и Re < ReI и Re > 105, то коефіцієнт гідравлічного опору визначається за формулою

39

  1. Якщо Re > ReI и Re < ReII, то коефіцієнт гідравлічного опору визначається за формулою

40

  1. Якщо Re > ReII, то коефіцієнт гідравлічного опору визначається за формулою

41

  1. Визначаємо втрати напору на ділянках за формулою

42

де li - довжина і-того перегону між станціями, м
Di - діаметр і-того перегону, м
Δzi - різниця геодизичних позначок кінця і початку і-того перегону, м
ψ - сталий комплекс величин

Визначаємо напори, що створюють основний і підпірний насоси при заданій продуктивності за формулою 8.

  1. Визначаємо напір, що створюють основні працюючі насоси на станції

43

  1. Визначаємо напір, що створює ГНПС

44

  1. Знаходимо величину підпору на вході в проміжну станцію

45

  1. Визначаємо перевищення величини підпору на вході у станцію над величиною мінімально допустимого

46

  1. Змінюючи значення продуктивності добиваємось того, щоб на одній із станцій виконалась умова

46