Нефтепровод с подкачкой
В случае подкачки гидравлическое сопротивление в левой части трубопровода возрастает, что приводит к уменьшению расхода. Вследствие этого подпоры на входе ПС, расположенных в левой части нефтепровода, будут возрастать и достигнут наибольшего значения у станции, где производится подкачка, то есть на c-й ПС. В правой части расход увеличивается на величину подкачки, что приводит к уменьшению подпоров ПС в правой части трубопровода (рис. 1.33).
Рис. 1.33. Распределение подпоров и напоров
в случае подкачки на c-й ПС
Таким образом, в случае критической подкачки qКР напор на выходе c-й ПС достигает максимально допустимого значения HПСmax.
Критический расход QКР=Q*+qКР , соответствующий величине критической подкачки, найдем из уравнения баланса напоров для правой части трубопровода
.
(1.99)
Критический расход составит
. (1.100)
Полагая, что подпор перед c-й ПС в случае критической подкачки равен
, (1.101)
запишем уравнение баланса напоров для левой части
(1.102)
откуда величина критической подкачки составляет
. (1.103)
Если подкачка q превышает значение qКР , необходимо регулирование, целью которого является снижение расхода в левой части трубопровода до величины (QКР – qКР) . Это достигается снижением напора ПС в левой части нефтепровода, либо увеличением ее гидравлического сопротивления.
Порядок технологического расчета магистрального газопровода
Целью режимно-технологического расчета газопровода является решение
следующих задач:
• определение диаметра газопровода;
• определение необходимого количества компрессорных станций и расстановка
их по трассе газопровода;
• расчет режимов работы КС;
• уточненный гидравлический и тепловой расчет линейных участков и режимов
работы и промежуточных КС до конечного пункта газопровода.
См. учебник Проектирование и эксплуатация газонефтепроводов: учебник для вузов/А.А. Коршак, А.М. Нечваль – СПб.: Недра, 2008 – 486 с. - на стр 186.
Газораспределительные станции
ГРС предназначены для подачи газа населенным пунктам, промышленным предприятиям и другим потребителям в заданном объеме с определенным давлением, необходимой степенью очистки, одоризации и учетом количества газа. В состав газораспределительной станции входят: а) узлы: - переключения; - очистки газа; - предотвращения гидратообразования; - редуцирования газа; - учета газа; - одоризации газа; - отбора газа на собственные нужды; - подготовки импульсного (питающего) газа;
б) системы: - автоматического управления; - электроснабжения; - связи и телемеханики; - защиты от коррозии; - отопления и вентиляции; - контроля загазованности; - молниезащиты; - заземления; - охранной и пожарной сигнализации; - водоснабжения и канализации. В соответствии с техническим заданием на проектирование ГРС должна быть определена расчетом минимальная и максимальная допустимая пропускная способность ГРС. Выбор технологического оборудования и систем автоматики и телемеханики по обеспечению безопасной эксплуатации ГРС должен осуществляться с учетом максимальной и минимальной проектной производительности ГРС. Скорость газа в трубопроводах ГРС не должна превышать 25 м/с. Допускается повышение скорости газа до 50 м/с при подаче газа по обводной линии. Рекомендуется определять на стадии проектирования наиболее напряженные участки газопроводов ГРС для последующего проведения их диагностического обследования в процессе эксплуатации. В проекте необходимо предусматривать возможность свободного доступа к обслуживаемым приборам и устройствам.
Узел
переключения
Узел
переключения ГРС предназначен для
изменения направления потока высокого
давления с основной линии редуцирования
на обводную линию.
В
узле переключения ГРС следует
предусматривать:
-
краны с дистанционно управляемым
приводом на газопроводах входа и
выхода;
-
предохранительные клапаны (не менее
двух) для сброса газа;
-
обводную линию, соединяющую газопроводы
входа и выхода ГРС, обеспечиваю
кратковременную подачу газа
потребителю;
-
свечу (свечи) сброса газа с
предохранительных клапанов, вынесенную,
как прав на 10 м за ограждение
ГРС;
-
свечу с дистанционно управляемым краном
для аварийного сброса газа из
технологических трубопроводов,
расположенных после входного крана и
перед линией редуцирования. Для ГРС с
производительностью более 150 тыс. м
/ч
данная свеча должна быть вынесена на
за ограждение ГРС.
Пропускная способность
предохранительных клапанов должна быть
не менее 1 от максимальной производительности
выходного газопровода ГРС.
Обводная линия должна быть оснащена
(по ходу газа):
-
отключающим краном с дистанционно
управляемым приводом (допускается
установка крана с ручным приводом);
-
краном-регулятором или задвижкой
с ручным приводом.
Обводная
линия должна быть оснащена приборами
контроля давления газа, видимыми с места
регулирования.
Обводная
линия должна обеспечивать проектную
производительность ГРС.
Входной
и выходной краны ГРС должны иметь
дистанционное управление.
Узел очистки газа Для очистки газа на ГРС должны применяться пылевлагоулавливающие устройства обеспечивающие подготовку газа для стабильной работы оборудования ГРС и потребителя. Узел очистки газа должен быть оснащен устройствами автоматического удаления конденсата в сборные резервуары и системой контроля утечек продуктов очистки газа. Вместимость резервуара должна определяться из условия слива примесей в течение 10 суток, но не менее -1м
Узел предотвращения гидратообразования Узел предотвращения гидратообразования предназначен для исключения обмерзания оборудования и образования кристаллогидратов в газопроводных коммуникациях. В качестве мер по предотвращению гидратообразования применяются общий или частичный подогрев газа с помощью подогревателей газа. При опасности образования гидратных пробок необходимо использовать ввод метанола в газопроводные коммуникации. Количество и тип подогревателей газа следует определять исходя из значения температуры газа на выходе ГРС - не ниже минус 10 °С (на пучинистых грунтах не ниже 0 °С). Необходимость резервного подогревателя определяет заказчик. Отключающие и байпасный краны узла подогрева газа должны располагаться не ближе 15 м от огневой части подогревателя.
Узел редуцирования газа Узел редуцирования предназначен для снижения и автоматического поддержания заданного давления газа, подаваемого потребителю. В узле редуцирования ГРС количество редуцирующих линий следует принимать не менее двух (одна резервная). Допускается применять три и более линий редуцирования равной производительности (не менее одной резервной). При обосновании допускается предусматривать линию постоянного расхода, рассчитанную на 35-40 % проектной производительности по данному выходу. Линии редуцирования газа должны быть оборудованы сбросными свечами.
Регулятор - ограничитель расхода газа может устанавливаться как в узле редуцирования, так и на выходе ГРС.
Узел учета газа Узлы учета газа предназначены для коммерческого учета газа, подаваемого потребителю, и учета газа на собственные нужды. Измерительные комплексы учета расхода газа должны устанавливаться после узла очистки, перед узлом редуцирования, или за ним. Узел учета газа должен обеспечивать измерение расхода газа во всем диапазоне работы ГРС. На ГРС рекомендуется предусматривать измерительные линии расхода газа для каждого выхода (потребителя) с одним измерительным комплексом на каждой линии. Узел учета газа на собственные нужды допускается выполнять без резервирования. Дополнительные требования по резервированию и дублированию узлов учета газа устанавливает заказчик.
Узел одоризации газа Узел одоризации предназначен для придания запаха газу, подаваемому потребителю. Норма вводимого одоранта (этилмеркаптан) должна быть 16 г на 1000 м газа, приведенного к стандартным условиям. Узел одоризации устанавливается на выходе станции после обводной линии. Подача одоранта допускается как с автоматической (основной режим работы), так и с ручной регулировкой. На ГРС необходимо предусматривать емкости для хранения одоранта. Объем емкостей должен быть таким, чтобы заправка их производилась не чаще одного раза в два месяца. В емкостях для хранения одоранта должны быть предусмотрены средства контроля его уровня. Заправка емкостей одорантом должна осуществляться только закрытым способом. Емкости хранения одоранта должны быть оборудованы системой контроля утечек одоранта.
Узел отбора газа на собственные нужды Отбор газа на собственные нужды следует предусматривать от выходящего газопровода ГРС (после обводной линии и узла одоризации) с редуцированием давления газа до заданного значения. Газ, используемый на собственные нужды, должен учитываться и быть одорированным. Газ, сжигаемый в блоках подогрева, расположенных на открытых площадках, допускается не одорировать.
Узел подготовки импульсного (питающего) газа Отбор газа для узла подготовки импульсного газа необходимо проводить с высокой стороны после узла очистки газа. Импульсный газ должен быть дополнительно осушен и очищен.
Система автоматического управления, связи и телемеханики Система автоматического управления (САУ) ГРС должна проектироваться с учетом требований "Основных положений по автоматизации, телемеханизации, автоматизированным системам управления технологическими процессами транспортировки газа", "Отраслевой Системы Оперативно-Диспетчерского Управления (ОСОДУ) ЕСГ России. Общесистемные технические требования" и "Основных положений по автоматизации газораспределительных станций".
Защита от коррозии На ГРС следует предусматривать комплексную защиту от коррозии защитными покрытиями и площадочными установками электрохимической защиты. На входных и выходных газопроводах ГРС необходимо устанавливать изолирующие вставки (фланцы). В составе электрохимзащиты следует предусматривать преимущественно сетевые установки катодной защиты и контрольно-измерительные пункты.
Системы отопления и вентиляции Системы отопления, вентиляции и температура воздуха в помещениях ГРС должны соответствовать требованиям СНиП 41-01 [61] и техническим требованиям заводов- изготовителей оборудования, систем, устройств и приборов. Кратность воздухообмена в помещениях ГРС принимается в соответствии с действующими нормами: - в помещении редуцирования - 3 - в помещении с приборами, стравливающими газ -3 ; - в одоризационной – 10.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УДАР В ТРУБОПРОВОДЕ
Неустановившимися (или нестационарными) процессами в нефте- и нефтепродуктопроводах называются такие процессы, в которых характеристики потока жидкости изменяются не только от сечения к сечению, но и в каждом сечении в зависимости от времени. Изменяются давление, скорость и расход жидкости, температура потока и др. Неустановившиеся режимы течения жидкости связаны с различными технологическими операциями, осуществляемыми при перекачке. Пуск и остановка трубопровода, включение или отключение дополнительного агрегата на головной или промежуточной нефтеперекачивающей станции, полное или частичное открытие задвижки, переключение резервуаров, начало или прекращение сброса или подкачки жидкости, разрыв трубопровода и т. д. – все это приводит к тому, что в трубопроводе начинаются изменения. Такие изменения в виде волн давления и расхода жидкости распространяются вверх и вниз по потоку от места, где они генерированы. Возникшие изменения продолжаются в трубопроводе, как правило, до установления нового режима транспортирования, поэтому неустановившиеся процессы называют еще переходными режимами.
Плотности транспортируемых жидкостей достаточно высоки, их скорости движения также не малы, поэтому поток жидкости в трубопроводе имеет вполне ощутимую инерцию, учетом которой нельзя пренебрегать при совершении той или иной технологической операции. Так, например, резкая остановка потока нефти или нефтепродукта в трубопроводе при быстром закрытии задвижки приводит к скачкообразному росту давления, измеряемому несколькими атмосферами. Возникшее повышение с большой скоростью распространяется от места остановки потока в виде волны давления, способной разорвать трубу и привести к аварии. Подобное явление называется гидравлическим ударом. Включение нефтеперекачивающей станции на закрытую задвижку также может вызвать скачкообразное повышение давления, чреватое опасностью для целостности трубопровода. Отключение нефтеперекачивающей станции приводит к повышению давления в линии всасывания и к падению давления в линии нагнетания. И то, и другое представляет скрытую угрозу для трубопровода. Повышение давления перед станцией вызывает дополнительную нагрузку на трубопровод, способную вызвать его разрыв. Можно утверждать, что вообще, всякое замедление или ускорение потока тяжелой жидкости в трубопроводе вызывает колебания давления в трубе и должно осуществляться с чрезвычайной осторожностью.
Гидравлический удар в трубопроводах. Суть гидравлического удара состоит в том, что стационарное течение жидкости в трубопроводе нарушается путем резкого закрытия (или открытия) задвижки, включения (или отключения) насоса и т.д., в результате чего происходит резкое торможение (или ускорение) потока и ударное сжатие ее частиц.
Фронт, на котором происходит изменение гидродинамических параметров жидкости, имеет относительно малую протяженность и в виде волны давления распространяется по потоку. Аналогичное явление возникает в трубопроводе и в других случаях, когда происходит скачкообразное изменение скорости (расхода) жидкости. Возможность гидравлического удара следует учитывать при проектировании и эксплуатации нефте- и нефтепродуктопроводов, поскольку ударное давление может намного превысить допустимые нормы, привести к разрыву трубы и возникновению аварийной ситуации.
Скорость распространения волн гидравлического удара в стальных трубопроводах близка к значению 1000 м/с, а изменение скорости течения на 1 м/с вызывает изменение давления примерно на 9,0 атм.
Необходимость считаться с разрушительной силой гидравлического удара в трубопроводах, транспортирующих капельные жидкости (нефть, нефтепродукты, воду и т.п.), выражается в том, что на подобных трубопроводах (в отличие от газопроводов) никогда не устанавливают краны, быстро перекрывающие сечение трубопровода. На них применяют вентильные задвижки, дающие медленное перекрытие сечения и обеспечивающие безопасную остановку потока жидкости. Более того, в ряде случаев на нефтеперекачивающих станциях применяют специальные устройства, призванные защитить трубопровод от последствий гидравлического удара. Например, на линиях всасывания нефтеперекачивающих станций устанавливают гасители гидравлического удара на случай, если станция внезапно отключится, и давление перед ней начнет повышаться. Принцип действия гасителей гидравлического удара состоит в отводе части жидкости из трубопровода в специальный резервуар для снижения темпа нарастания давления. На линиях нагнетания нефтеперекачивающих станций устанавливают системы автоматического регулирования, одна из задач которых состоит в защите станций от ударных волн давления, распространяющихся вверх по потоку и приходящих с предыдущего участка.
Впервые правильное объяснение гидравлического удара дал Н.Е.Жуковский в конце прошлого века. Волны гидравлического удара, генерируемые в нефте- и нефтепродуктопроводах резкими изменениями скорости потока, могут распространяться на значительные расстояния, постепенно затухая вследствие диссипации механической энергии за счет сил вязкого трения. Наибольшую опасность волны повышенного давления представляют для тех участков трубопровода, где и без того существовало достаточно высокое статическое давление. Такие участки находятся вблизи нефтеперекачивающих станций, а также в наиболее низких сечениях трубопровода. Но и волны снижения давления могут вызывать опасные явления. В наиболее высоких сечениях трубопровода могут возникать парогазовые скопления, которые при возврате к стационарному режиму исчезают далеко не сразу. При этом они значительно уменьшают расход перекачки и вызывают повышенную вибрацию трубопровода.