Слайд 1Магистральные трубопроводы
Лекция №5
Слайд 2Технологический расчет магистральных нефтепроводов. Режимы работы нефтепроводов.
Магистральные трубопроводы.
Лекция №5
Слайд 3РАСЧЕТ НЕФТЕПРОВОДА ПРИ ЗАДАННОМ ПОЛОЖЕНИИ ПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ СТАНЦИЙ
Слайд 4В соответствии с нормами технологического проектирования, перекачивающие станции предпочтительно размещать
вблизи населенных пунктов, источников энерго- и водоснабжения, существующей сети железных
и шоссейных дорог. Кроме того, определенные требования предъявляются и к площадкам НПС. Таким образом, в ряде случаев местоположение НПС может быть задано изначально.
При этом в процессе проектирования приходится решать обратную задачу: не выполнять расстановку НПС с учетом их требований к напору и подпору, а проверять выполнение условий по допустимым напорам и подпорам станций при их заланном расположении по трассе.
Слайд 5
Рассмотрим расчетную схему нефтепровода с фиксированным расположением станций.
Слайд 6В пределах эксплуатационного участка подпор на входе с-й НПС и
напор на ее выходе определяются выражениями
В этих уравнениях предусматривается, что
собственные напоры перекачивающих станций могут быть различными (количество работающих насосов, сменные роторы, обточка колес).
Слайд 7Для каждой j-й НПС вычисляются значения фактического подпора Hj и
напора Hпсj, которые должны удовлетворять условиям
Если не выполняется условие (3.69),
то следует принять меры к уменьшению гидравлического сопротивления отдельных перегонов (устройство лупингов или вставок большого диаметра). При нарушении условия (3.70) возникает необходимость уменьшения напора, развиваемого насосами отдельных перекачивающих станций (отключение части насосов, обточка рабочих колес, применение сменных роторов, дросселирование).
Слайд 8РАСЧЕТ КОРОТКИХ ТРУБОПРОВОДОВ
Слайд 9При незначительной протяженности нефтепровода для перекачки требуется одна либо две
НПС. Следовательно, расчет коротких нефтепроводов сводится к выбору наиболее выгодного
варианта при двух значениях числа станций n1=1 и n2=2.
Для каждого варианта определяется расчетная длина Lрj и величина zj. Для этого по заданной производительности Q определяются hм и hп. Из начальной точки откладывается подпор hп и напоры станций Нст1 и Нст2, а из конечной – величина остаточного напора hост. Соединив полученные точки, получают линии гидравлических уклонов i1 и i2.
В общем случае при анализе профиля нефтепровода могут быть выявлены перевальные точки, и расчетная длина для каждого из рассматриваемых вариантов может быть различной.
Слайд 10При наличии ПТ из уравнения баланса напоров исключается hост, а
разность геодезических отметок составить zj=zj-zн. Если перевальные точки отсутствуют, то
Lрj=L, zj=zк-zн.
Слайд 11Уравнение баланса напоров при j работающих станциях имеет вид
Далее
полученные значения диаметров округляются до ближайших стандартных значений в большую
сторону, и выполняется сопоставительный экономический расчете по каждому конкурирующему варианту.
Слайд 12ИЗМЕНЕНИЕ ПОДПОРА ПЕРЕД СТАНЦИЯМИ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ВЯЗКОСТИ ПЕРЕКАЧИВАЕМОЙ НЕФТИ
Слайд 13В течение года температура среды, окружающей трубопровод, а, следовательно, и
вязкость транспортируемой нефти изменяются. В случае повышения температуры нефти от
Т1 до Т2 ее вязкость уменьшается ν2<ν1. Это приводит к уменьшению гидравлического сопротивления трубопровода (Н2<Н1) и увеличению расхода нефти (Q2>Q1). Рассмотрим изменение подпоров на НПС.
Предположим, что на всех насосных станциях установлено одинаковое оборудование (А=mм*ам; В=mм*bм), подпор на ГНПС равен hп, а остаточный напор hост; число эксплуатационных участков Nэ=1, а число НПС составляет n.
Слайд 14Требуемый напор одной перекачивающей станции в зимний период составляет
а
в летний период
где Н1 и Н2 – суммарные потери напора
в трубопроводе соответственно в зимний и летний периоды
Слайд 15Влияние сезонного изменения вязкости нефти на величину подпоров перед НПС
Слайд 16В реальных условиях профиль трассы является сильно пересеченным, поэтому расстояния
между перекачивающими станциями не одинаковы.
Величину подпора Hc перед с-й НПС
можно найти из уравнения баланса напоров
Слайд 17Значение расхода в выражении (3.76) определяется из уравнения баланса напоров
для нефтепровода в целом (3.47) при Nэ=1
что позволяет записать
Слайд 19Если выполняется условие Lср
с-й НПС возрастает. В противном случае при Lср>lср(с) подпор на
с-й НПС снижается и может оказаться меньше допустимого значения Hmin. Чтобы этого не произошло, НПС, для которых выполняется условие Lср>lср(с), необходимо проверить на обеспеченность необходимых подпоров в летнее время.
Достигнуть необходимых значений подпоров НПС в летнее время можно различными способами: включением дополнительного последовательно соединенного подпорного насоса на ГНПС (если позволяет прочность трубы и запорно-регулирующей арматуры), уменьшением количества работающих насосов на НПС, расположенных дальше от начала трубопровода, чем те, где возникла опасность кавитации и т.п.
Слайд 20РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ НЕФТЕПРОВОДА
Слайд 21Факторы, влияющие на необходимость регулирования режимов работы нефтепровода (периодические и
систематические):
Слайд 23Изменение количества работающих насосов. При использовании этого метода достигаемый результат
зависит не только от схемы соединения насосов, но и от
крутизны характеристики трубопровода. Рассмотрим в качестве примера параллельное и последовательное соединение двух одинаковых центробежных насосов при работе их на трубопровод с различным гидравлическим сопротивлением.
Последовательное соединение насосов целесообразно при работе на трубопровод с крутой характеристикой. При этом насосы работают с большей, чем при параллельном соединении, подачей (Qв>Qс), а также с более высоким суммарным напором и коэффициентом полезного действия. Параллельное соединение насосов более предпочтительно при работе на трубопровод с пологой характеристикой (QF>QE, HF>HE, ηF>ηE).
Слайд 241 – характеристика насоса; 2 – напорная характеристика НПС при
последовательном соединении насосов; 3 – напорная характеристика НПС при параллельном
соединении насосов; 4, 5 – характеристика трубопровода; 6 – η-Q характеристика насоса при последовательном соединении; 7 – η-Q характеристика насоса при параллельном соединении
Слайд 25Регулирование с помощью сменных роторов. Большинство современных магистральных насосов укомплектовано
сменными роторами на пониженную подачу 0,5QНОМ и 0,7QНОМ. Кроме того насос
НМ 10000-210 укомплектован сменным ротором на 1,25QНОМ.
Сменные роторы имеют различные характеристики.
Слайд 26Применение сменных роторов является наиболее эффективно на начальной стадии эксплуатации
нефтепровода, когда не все перекачивающие станции построены, и трубопровод не
выведен на проектную мощность (поэтапный ввод нефтепровода в эксплуатацию). Эффект от установки сменных роторов можно получить и при длительном уменьшении объема перекачки. В настоящее время на одной НПС нередко установлены насосы одного типа, но с разными диаметрами роторов, что обеспечивает возможность более тонкого регулирования производительности нефтепровода при различных сочетаниях их включения.
Слайд 27Обточка рабочих колес по наружному диаметру широко применяется в трубопроводном транспорте
нефти. В зависимости от величины коэффициента быстроходности nS обточку колес можно
выполнять в следующих пределах: при 60< nS <120 допускается обрезка колес до 20%; при 120< nS <200 – до 15%; при nS =200…300 – до 10%.
Пересчет характеристики насоса при обточке рабочего колеса выполняется по формулам подобия:
Слайд 28Рабочие точки подобных режимов работы насоса лежат на параболе, которая
может быть описана зависимостью
Слайд 29Способ регулирования за счет обточки рабочего колеса может быть эффективно
использован при установившемся на длительное время режиме перекачки. Следует отметить,
что уменьшение диаметра рабочего колеса сверх допустимых пределов приводит к нарушению нормальной гидродинамики потока в рабочих органах насоса и значительному снижению коэффициента полезного действия η.
Слайд 30Изменение частоты вращения вала насоса – прогрессивный и экономичный метод регулирования.
Применение плавного регулирование частоты вращения роторов насосов на ПС магистральных
нефтепроводов облегчает синхронизацию работы станций, позволяет полностью исключить обточку рабочих колес, применение сменных роторов, а также избежать гидравлических ударов в нефтепроводе. При этом сокращается время запуска и остановки насосных агрегатов. Однако, в силу технических причин, этот способ регулирования пока не нашел широкого распространения.
Слайд 31Метод изменения частоты вращения основан на теории подобия
При пересчете характеристик
насоса с частоты вращения n1 на частоту n2 получим
Слайд 32
Необходимое число оборотов вала для обеспечения напора hм2 определяется по
(3.86)
При уменьшении частоты вращения характеристика насоса изменится и рабочая точка
сместится из положения А1 в положение А2.
Слайд 33Изменение частоты вращения вала насоса возможно в следующих случаях:
применение двигателей
с изменяемой частотой вращения;
установка на валу насосов муфт с регулируемым
коэффициентом проскальзывания (гидравлических или электромагнитных);
применение преобразователей частоты тока при одновременном изменении напряжения питания электродвигателей.
Следует отметить, что изменять частоту вращения в широких пределах нельзя, так как при этом существенно уменьшается к. п. д. насосов.
Слайд 34Метод дросселирования на практике применяется сравнительно часто, хотя и не является экономичным.
Он основан на частичном перекрытии потока нефти на выходе из
насосной станции, то есть на введении дополнительного гидравлического сопротивления. При этом рабочая точка из положения А1 смещается в сторону уменьшения расхода в точку А2
Слайд 35Целесообразность применения метода можно характеризовать величиной к. п. д. дросселирования
ηДР
С увеличением величины дросселируемого напора hДР значение ηДР уменьшается. Полный к.
п. д. насоса (НПС) определяется выражением η = η2 * ηДР. Метод дросселирования уместно применять для насосов, имеющих пологую напорную характеристику. При этом потери энергии на дросселирование не должны превышать 2% энергозатрат на перекачку.
Слайд 36Метод байпасирования (перепуска части жидкости во всасывающую линию насосов) применяется
в основном на головных станциях. При открытии задвижки на обводной
линии (байпасе) напорный трубопровод соединяется с всасывающим, что приводит к уменьшению сопротивления после насоса и рабочая точка перемещается из положения А1 в А3 Расход QБ=Q3-Q2 идет через байпас, а в магистраль поступает расход Q2.
Слайд 37Коэффициент полезного действия байпасирования составляет
На практике байпасирование используется редко из-за
неэкономичности. Метод регулирования байпасированием следует применять при крутопадающих характеристиках насосов.
В этом случае он экономичнее дросселирования.
Слайд 39Ни один нефтепровод не работает с постоянной производительностью в течение
расчетного числа суток перекачки. Это связано с целым рядом причин:
1)
неритмичность поставок нефти с промыслов;
2) неравномерность приема нефти НПЗ;
3) плановые и внеплановые остановки трубопровода и т.д.
Производительность Q, которая устанавливается в нефтепроводе, определяется формулой (3.48)
Из нее видно, что величина Q при прочих равных условиях зависит от количества НПС и величин коэффициентов А и В (определяется количеством и схемой включения работающих насосов на станциях)
Слайд 40В подавляющем большинстве случаев насосы на НПС соединяются последовательно. Нередко
они имеют роторы различного диаметра, а число включенных насосов на
каждой станции различно. Учесть эти факторы можно, заменив произведения nA и nB на суммы
Слайд 41Соответственно формула (3.48) примет вид
Величины напоров и подпоров НПС должны
удовлетворять условиям
Слайд 42
Фактические значения подпора и напора на выходе с-й НПС определяется
по формулам
Которые отличаются от (3.67) и (3.68) (расчет при заданном
расположении НПС) только учетом количества включенных на станциях насосов.
Слайд 43Алгоритм расчета возможных режимов работы нефтепровода таков:
задаваясь количеством и номерами
работающих на каждой НПС насосов (последнее учитывает возможное различие диаметров
их роторов) по формуле (3.90) вычисляют производительность нефтепровода Q;
по формулам (3.93) и (3.94) рассчитывают подпоры Hj и напоры Нпсj на выходе каждой станции;
проверяют выполнение условий (3.91) и (3.92): если они выполняются для каждой станции, то такая комбинация включения насосов возможна, в противном случае – нет.
Слайд 44Для ПР8_Фамилия_#
Рассмотрим режим работы магистрального нефтепровода протяженностью L=436 км и
диаметром D=0,704 м, по которому перекачивается нефть плотностью ρ=860 кг/м3
и вязкостью ν=15 мм2/с. Нефтепровод оснащен тремя НПС, оборудованными однотипными насосами НМ 2500-230 с диаметром рабочего колеса D2=405 мм. Подпор на ГНПС обеспечивается насосами НПВ 2500-80 с диаметром рабочего колеса D2=540 мм. Минимально допустимый подпор НПС составляет Hmin = 35 м, а максимально допустимый напор НПС равен Hпсmax = 760 м.
Слайд 47Выводы:
при одном и том же суммарном числе работающих на станциях
насосов, количеств комбинаций их включения может быть несколько;
часть этих комбинаций
не удовлетворяет условиям (3.91) и (3.92) поэтому не проходит;
при «проходных режимах» либо на всех НПС работает одинаковое количество насосов, либо большее число насосов включено на станциях, расположенных в начале нефтепровода;
пропорционально общему количеству насосов изменяется и производительность нефтепровода.
Слайд 48ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА