1470
.pdfТак как для всех насосных станций неравенства (5.51) выполня ются, то работоспособность нефтепровода обеспечивается.
Результаты расчета напоров и подпоров при другом количестве работающих насосов и различных комбинациях их включения на станциях представлены в табл. 5.5.
Пример 5.5. Используя результаты расчетов в примере 5.4, опре делить оптимальные режимы работы нефтепровода. В качестве приво да основных насосов используются электродвигатели типа СТДП 1250-2УХЛ4 (мощность N H0M =1250кВт), подпорных - ВАОВ500М - 4У1 ( N H0Mi = 400 кВ т). "
Решение 1. В качестве примера рассмотрим работу 14-ю основными насо
сами с производительностью 0,275 м3/с. Часовой объем перекачки при этом составляет
Q= 0,275-3600 = 990 м3/ч .
2.К.п.д насосов при расчетной подаче по формуле (3.2)
Л„.„и = 0,206 + 0,113 • 10"2 • 990 - 50 • 10"8 • 9902 = 0,83 5 J
Л= 0,05 +10,01 • 10-4 • 990 - 35,11 • 10 '8 ■9902 = 0,697
3.Напоры основного и подпорного насоса при расчетной подаче по формуле (3.1)
hMH= 271 - 43,9 ■10-6 • 9902 = 227 м;
Н2 = 64,2 -13,27 • 10-6 • 9902 = 51,2 м .
4. Мощность на валу |
насосов по формуле (5.53) без учета т|эл |
|
N н.мн |
855-9,81-227-0,275 |
|
|
= 633391 Вт; |
|
|
0,835-0,99 |
N= 855-9,81-51,2-0,2 75= 1 7 И 4 7 В т
"""0,697-0,99
5.Коэффициенты загрузки электродвигателей насосов
к= 633391 = 0,507;
змн 1250000
к = ™ = 0 , 4 2 8 . зпн 400000
169
Таблица 5.5
Напоры и подпоры насосных станций при различных числах работающих насосов и комбинациях их включения
|
Общее |
Комбина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ция |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
се |
число |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
I |
рабо |
нияоо |
|
ДНЬ м |
Hi, м |
ДНЬ м |
Нь м |
ДН3, м |
Н3,м |
ДН», м |
Н,,м |
ДН5, м |
Н5,м |
Еуд> |
|
тающих |
Q V /ч |
||||||||||||||
|
КВт*чАг |
||||||||||||||
основ |
насосов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
* |
ных на |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
на стан- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
сосов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
циях |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
1 |
14 |
3-3-3-3-2 |
990,0 |
51,2 |
735,2 |
64,0 |
748,0 |
74,2 |
758,2 |
68,3 |
752,3 |
71,2 |
527,2 |
11,1 |
|
2 |
|
3-3-3-2-3 |
|
51,2 |
735,2 |
64,0 |
748,0 |
74,2 |
758,2 |
68,3 |
752,3 |
-116,2 |
527,2 |
|
|
3 |
|
3-2-3-3-3 |
|
51,2 |
735,2 |
64,0 |
507,5 |
-132,4 |
548,7 |
-152,4 |
528,7 |
-116,2 |
527,2 |
|
|
4 |
|
3-3-2-3-3 |
|
51,2 |
735,2 |
64,0 |
748,0 |
74,2 |
548,7 |
-152,4 528,7 -116,2 |
527,2 |
|
|||
5 |
13 |
3-3-3-2-2 |
967,3 |
51,8 |
741,6 |
101,7 |
791,5 |
189,4 |
879,1 |
216,1 |
675,9 |
67,3 |
527,2 |
10,8 |
|
6 |
|
3-2-3-3-2 |
|
51,8 |
741,6 |
101,7 |
561,6 |
-40,6 |
649,2 |
-13,9 |
675,9 |
67,3 |
527,2 |
|
|
7 |
|
3-3-2-3-2 |
|
51,8 |
741,6 |
101,7 |
791,5 |
189,4 |
649,2 |
-13,9 |
675,9 |
67,3 |
527,2 |
|
|
8 |
|
3-2-3-2-3 |
|
51,8 |
741,6 |
101,7 |
561,6 |
-40,6 |
649,2 |
-13,9 |
446,0 |
-162,6 |
527,2 |
10,2 |
|
9 |
12 |
3-3-2-2-2 |
932,0 |
52,7 |
751,3 |
151,3 |
849,9 |
286,5 |
752,2 |
128,3 |
594,1 |
22,7 |
488,4 |
||
10 |
|
3-2-3-2-2 |
|
52,7 |
751,3 |
151,3 |
617,1 |
53,6 |
752,2 |
128,3 |
594,1 |
22,7 |
488,4 |
|
|
11 |
|
3-2-2-2-3 |
|
52,7 |
751,3 |
151,3 |
617,1 |
53,6 |
519,4 |
-104,6 |
361,2 |
-210,2 |
488,4 |
|
|
12 |
11 |
3-2-2-2-2 |
894,7 |
53,6 |
761,2 |
202,2 |
673,9 |
150,3 |
622,0 |
38,3 |
510,0 |
-23,1 |
448,6 |
9,6 |
|
13 |
10 |
2-2-2-2-2 |
855,0 |
54,5 |
532,3 |
15,4 |
493,2 |
10,5 |
488,3 |
-54,2 |
423,7 |
-70,1 |
407,7 |
8,98 |
|
14 |
9 |
2-2-2-2-1 |
812,8 |
55,4 |
539,4 |
65,8 |
549,7 |
109,1 |
593,1 |
93,0 |
123,7 |
123,7 |
365,7 |
8,35. |
|
15 |
|
2-1-2-2-2 |
|
55,4 |
539,4 |
65,8 |
307,7 |
-132,9 |
351,1 |
-149,0 |
335,0 |
-118,3 |
365,7 |
|
|
16 |
|
2-2-1-2-2 |
|
55,4 |
539,4 |
65,8 |
549,7 |
109,1 |
351,1 |
-149,0 |
335,0 |
-118,3 |
365,7 |
|
|
17 |
|
2-2-2-1-2 |
|
55,4 |
539,4 |
65,8 |
549,7 |
109,1 |
593,1 |
93,0 |
335,0 |
-118,3 |
365,7 |
|
Продолжение табл. 5.5
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
18 |
8 |
2-2-2-1-1 |
767,6 |
56,4 |
546,7 |
117,4 |
607,7 |
210,2 |
700,5 |
244,0 |
489,2 |
77,4 |
322,5 |
7,70 |
19 |
|
2-1-2-2-1 |
|
56,4 |
546,7 |
117,4 |
362,5 |
-35,0 |
455,3 |
-1,1 |
489,2 |
77,4 |
322,5 |
|
20 |
|
2-1-2-1-2 |
|
56,4 |
546,7 |
117,4 |
362,5 |
-35,0 |
455,3 |
-М |
244,0 |
-167,8 |
322,5 |
|
21 |
|
2-1-1-2-2 |
|
56,4 |
546,7 |
117,4 |
362,5 |
-35,0 |
210,2 |
-246,2 |
244,0 |
-167,8 |
322,5 |
7,07 |
22 |
7 |
2-2-1-1-1 |
713,8 |
57,4 |
554,7 |
170,6 |
667,9 |
314,3 |
563,0 |
150,9 |
399,5 |
29,9 |
278,6 |
|
23 |
|
2-1-2-1-1 |
|
57,4 |
554,7 |
170,6 |
419,3 |
65,7 |
563,0 |
150,9 |
399,5 |
29,9 |
278,6 |
|
24 |
|
2-1-1-2-1 |
|
57,4 |
554,7 |
170,6 |
419,3 |
65,7 |
314,3 |
-97,7 |
399,5 |
29,9 |
278,6 |
|
25 |
|
2-1-1-1-2 |
|
57,4 |
554,7 |
170,6 |
419,3 |
65,7 |
314,3 |
-97,7 |
150,9 |
-218,7 |
278,6 |
|
26 |
6 |
2-1-1-1-1 |
661,2 |
58,4 |
562,0 |
225,0 |
476,8 |
169,0 |
420,8 |
54,9 |
306,7 |
-19,0 |
232,9 |
6,39 |
27 |
5 |
1-1-1-1-1 |
603,6 |
59,4 |
314,4 |
25,7 |
280,7 |
19,8 |
274,8 |
-43,7 |
211,3 |
-69,1 |
185,9 |
5,68 |
28 |
4 |
1-1-1-1-0 |
539,8 |
60,30 |
318,5 |
79,5 |
337,7 |
125,1 |
383,3 |
113,5 |
371,7 |
137,6 |
137,6 |
4,93 |
29 |
|
1-0-1-1-1 |
|
60,30 |
318,5 |
79,5 |
79,5 |
-133,2 |
125,1 |
-144,7 |
113,5 |
-120,6 |
137,6 |
|
30 |
|
1-1-0-1-1 |
|
60,30 |
318,5 |
79,5 |
337,7 |
125,1 |
125,1 |
-144,7 |
113,5 |
-120,6 |
137,6 |
|
31 |
|
1-1-1-0-1 |
|
60,30 |
318,5 |
79,5 |
337,7 |
125,1 |
383,3 |
113,5 |
113,5 |
-120,6 |
137,6 |
4,14 |
32 |
3 |
1-1-1-0-0 |
467,6 |
61,3 |
322,7 |
134,6 |
396,0 |
232,9 |
494,3 |
274,5 |
274,5 |
88,1 |
88,1 |
|
33 |
|
1-0-1-0-1 |
|
61,3 |
322,7 |
134,6 |
134,6 |
-28,5 |
232,9 |
13,1 |
13,1 |
-173,3 |
88,1 |
|
34 |
|
1-1-0-1-0 |
|
61,3 |
322,7 |
134,6 |
396,0 |
232,9 |
232,9 |
13,1 |
274,5 |
88,1 |
88,1 |
|
35 |
|
1-1-0-0-1 |
|
61,3 |
322,7 |
134,6 |
396,0 |
232,9 |
232,9 |
13,1 |
13,1 |
-173,3 |
88,1 |
|
36 |
2 |
1-1-0-0-0 |
383,5 |
62,3 |
326,8 |
191,0 |
455,5 |
343,3 |
343,3 |
174,8 |
174,8 |
37,3 |
37,3 |
3,27 |
37 |
|
1-0-1-0-0 |
|
62,3 |
326,8 |
191,0 |
191,0 |
78,7 |
343,3 |
174,8 |
174,8 |
37,3 |
37,3 |
|
38 |
|
1-0-0-1-0 |
|
62,3 |
326,8 |
191,0 |
191,0 |
78,7 |
78,7 |
-89,7 |
174,8 |
37,3 |
37,3 |
|
39 |
|
1-0-0-0-1 |
|
62,3 |
326,8 |
191,0 |
191,0 |
78,7 |
78,7 |
-89,7 |
-89,7 |
-227,3 |
37,3 |
2,02 |
40 |
1 |
1-0-0-0-0 |
340,6 |
62,7 |
318,6 |
283,1 |
283,1 |
258,6 |
258,6 |
178,7 |
178,7 |
125,5 |
125,5 |
*) Заведомо непроходные комбинации включения насосов с меньшим количеством работающих насосов на головной станции не рассматривались.
б.Полагая r|H0M= 0,97, по формуле (5.54) находим к.п.д электро двигателя с учетом потери его мощности
|
1 + |
^ ° ,9?^ (l + 0,5072) |
= 0,963; |
|
|
|
2-0,97 -0,507v |
7 |
|
Лэч |
1+ |
0 - ° ^ 7 ) _ ( 1 + Оэ428-) |
0,959 |
|
|
|
2-0,97 -0,428v |
7 |
|
7.М ощность, потребляемая электродвигателями основного и подпорного насосов, при работе на рассматриваемом режиме в соот ветствии с формулой (5.53)
N потру |
= 633391 = 657727 Вт . |
|
0,963 |
||
|
||
N |
171147 |
|
N ■ = - ^ - = |
=178464 Вт |
|
nOTpjJ п |
0,959 |
|
I3JIJ 2 |
5 |
8.Удельные энергозатраты на перекачку нефти на рассматривае мом режиме по формуле (5.52)
Еуд1 = |
----- !---- (178464 +14• 657727) = 1 |
кг |
) i , кВт-ч |
т |
855•990v |
т |
9.Для остальных режимов перекачки расчеты выполняются ана логично. Их результаты представлены в табл. 5.6.
Таблица 5.6
Удельные энергозатраты на перекачку для условий примера 5.5
N° режима |
Производи |
Еда, кВт ч/т |
№ режима |
Производи |
Еуд, кВт-ч/т |
|
тельность |
|
|
тельность |
|
|
перекачки, |
|
|
перекачки, |
|
|
м3/ч |
|
|
м3/ч |
|
1 |
990,0 |
11,1 |
28 |
539,8 |
4,93 |
10 |
855,0 |
10,2 |
32 |
467,6 |
4,14 |
14 |
812,8 |
8,35 |
35 |
383,5 |
3,27 |
18 |
767,6 |
7,70 |
36 |
383,5 |
3,27 |
22 |
713,8 |
7,07 |
39 |
340,6 |
2,02 |
23 |
713,8 |
7,07 |
|
|
|
Ю.На основании данных табл. 5.5 наносим на график (рис. 5.5) величины удельных энергозатрат на перекачку при соответствую щей производительности нефтепровода и проводим огибающую ло манную линию через них.
172
Q — -
Рис. 5.5 Зависимость удельных энергозатрат на перекачку от производи тельности нефтепровода для условий примера 5.5
Как видно из рис. 5.5, величины удельных энергозатрат, соответ ствующие режимам 10, 32, 35 и 36, находятся выше огибающей лома ной линии, что свидетельствует о неэкономичности этих режимов.
Таким образом, рассматриваемый нефтепровод может экономич но работать только на режимах 1, 14, 18, 22, 23, 28 и 39.
11.Имея перечень возможных экономичных режимов перекач ки, нетрудно вычислить продолжительность работы на каждом из них для выполнения планового задания.
Пусть, например, в течение месяца (т м = 720 ч ) необходимо пе рекачать = 650000 м3 нефти. При этом средняя производитель ность перекачки в этот период
650000 = 902,8 м3/ч
720
Ближайшие к данной производительности экономичные расхо ды перекачки составляют Q, = 855м 3/ч и Q2 =990м3/ч .
По формулам (5.56) находим продолжительность работы нефте провода на этих режимах
173
990 -9 0 2 ,8
|
х. = 720--------------— = 465,1ч; |
|||
|
1 |
990-855 |
|
|
|
|
.9 °2, 8 |
- 902’8 |
ч |
|
2 |
990 |
-855 |
|
Удельные затраты электроэнергии при такой работе по формуле |
||||
(5.57) |
|
|
|
|
Е.._ = |
1 |
|
|
кВ т•ч |
(10,2-855-465,1+ 11,1-990-254,9) = 10,6------- - |
||||
уд |
650000 |
|
|
|
Пример 5.6. Рассчитать давление на входе в первый по ходу под порный насос для схемы перекачивающей станции, приведенной на рис. 5.6. Перекачивается нефть, имеющая плотность 860 кг/м 3 и ки нематическую вязкость 25-10-6 м2/с, с расходом 1100 мЗ/ч насосами НПВ 1250-60. Принять, что наиболее удаленный резервуар находит ся на расстоянии 870 м от подпорного насоса, а остальные величи ны: zp = 5 м , znH= -1,5 м , кэ = 0,2 мм . Нефть, имеющая температу ру начала кипения 315К, перекачивается при температуре 293К.
Решение 1.Средняя скорость нефти в трубопроводе по формуле (5.8)
и = |
4-1100 |
= 1,49 м /с |
3600-3,14-0,5122
и во входном патрубке насоса
= и |
= 1,49 |
0,512 |
= 0,610 м /с |
||
|
V d BX J |
0,800 |
2. Соответствующие числа Рейнольдса по формуле (5.10):
R eJ ’^ . O ’S l ^
25 -10-6
Re „ = M ! E M 0 0 =19552.
25-10^
3.Коэффициент гидравлического сопротивления в трубопроводе по формуле (5.14)
г |
68 |
\ 0 ,2 5 |
|
|
|
Я. = 0,11- 3,9-10 + |
30515 |
= 0,0249 |
I |
|
174
Рис. 5.6 Технологическая схема головной насосной станции:
1 - |
площадка фильтров и счетчиков; 3 - основная насосная; |
4 - |
площадка регуляторов; 5 —площадка запуска внутритрубных инс |
пекционных снарядов; 6 - резервуарный парк
175
4. Гидравлический уклон и потери напора в трубопроводе:
. = Ои!и£чу0249^ _1 492= 0 0055 0,512 2-9,81
=0,0055-870 = 4,79м
5.Согласно технологической схемы, приведенной на рис. 5.6, на пути нефти от резервуара до насоса имеют место следующие мест ные сопротивления: 1) выход из резервуара; 2) однолинзовый ком пенсатор; 3) две задвижки; 4) тройник с поворотом; 5) два отвода 90°; 6) фильтр; 7) вход в вертикальный насос.
6.По формулам (5.66) - (5.73) вычисляем коэффициенты этих сопротивлений:
£ком„,= 0,153 + 5964/30515 = 0,348 ;
^oM „i=0}35 + 3,58-10-3exp[3,56 -10-5( 15000030515) ] = ° ,6 0 2 ;
^вн =2,15 -10®-19552-1*68 =13,3 ;
£диф. =0,147-30515 /(30515-16700) = 0,325; ^конф. =0,5-0,325 = 0,163.
Остальные величины £, принимаем по рекомендациям § 5.8: для выхода жидкости из резервуара £вых = 0,92; для полностью открытой задвижки =0,15; для фильтра =2,2; для тройника с поворо
том ^ . = 3 ,0 .
Таким образом, сумма величин коэффициентов местного сопро тивления
15 = о,92 + 0,348 + 2-0,15 + 3,0 + 2-0,602 + 2,2 + 0,163 + 13,3 = 21,5
7.Суммарные потери напора на местных сопротивлениях по фор
муле (5.25)
1,492
Z h „ = 2 1 ,5 - |
= 2,43 м. |
2-9,81
8.Напор на входе в насос по формуле (5.65), в которой величину Н р принимаем равной взливу «местного» остатка 0,3 м,
Рвх |
101325 |
0,612 |
Ppg |
+ 5 —(—1,5) + 0,3 |
- 4 ,7 9 - 2 ,4 3 = 11,5 м . |
860-9,81 |
2-9,81 |
9.Давление насыщенных паров нефти при температуре перекач ки по формуле (3.20)
176
ps =101325-exp |
10,53- |
315 |
= 45956 Па |
1 - |
|||
|
|
293 |
|
и напор, соответствующий ps, |
|
|
|
u |
45956 |
г „г |
м. |
h = ------------ = 5,45 |
|||
5 |
860-9,81 |
|
|
Ю.Число Рейнольдса для насоса по формуле (3.14)
„ 3000-0,5252 ReH= ----------= 551250.
н60-25-10-6
Так как ReH> 20000, то коэффициент сопротивления на входе в насос £вх = 1,0.
11. Поправки к кавитационному запасу на температуру и вяз кость по формулам (3.26):
Aht = 0,449 -5,45°'473 = 1,0 м ;
Ahv = l — 61 = 0,019м .
2-9,81
12.Допустимый кавитационный запас насоса при перекачке не фти по формуле (3.25)
ДЬДол.„ = 2 ,2 -1 ,1 -(1 -0 ,0 1 9 ) = 1,21м.
13. Правая часть неравенства (3.19)
- ^ - + Ahдоп.н |
45956 |
П 2 1 |
° ’612 = 6,64 м . |
P.pg |
2g 860-9,81 |
’ |
2-9,81 |
Так как 11,5 > 6,64, то неравенство (3.19) выполняется и, сле довательно, всасывающая способность подпорного насоса обес печена.
Пример 5.7. Рассчитать продолжительность полного удаления газовой фазы из участка нефтепродуктопровода длиной 18 км, с внут ренним диаметром 355 мм при перекачке по нему бензина вязкос тью 0,61-Ю 6 м2/с с расходом 354 м3/ч. Принять поверхностное натя жение на границе газовое скопление - бензин равным 0,022 Н/м. Расчетная схема нефтепродуктопровода приведена на рис. 5.7. На чальные объемы газовых скоплений в вершинах: № 1 - 10,2 м3; № 2 - 1,7 м3; № 3 - 9,3 м3; № 4 - 12,6 м3; № 5 - 4,9 м3.
177
oo
Рис. 5.7 Расчетная схема к задаче об определении продолжительности полного удаления газовой фазы из трубопровода