7.2.5 Уравнение баланса напоров

Когда рассматривается система, состоящая из трубопровода и насосной станции, то применительно к такой системе уравнение баланса напора будет иметь вид

,

(7.9)

где р₁ и р₂ – соответственно давление в начальном и конечном пункте нефтепровода; Н_ст – потери напора на нефтеперекачивающей станции; h_т – потеря напора на трение в магистрали (i∙L) и в коммуникациях (n∙Н_ст) всех n перекачивающих станций; – удельный вес нефти.

Рис. 7.4 иллюстрирует параметр ∆z.

Для магистрального нефтепровода, на трассе которого расположено n нефтеперекачивающих станций, в уравнении (7.9) вместо Н_ст следует писать n∙Н_ст. Напор р₁/ создается специальной (подпорной) насосной станцией.

Если из р₁/ вычесть потерю напора в системе трубопроводов на всасывающей стороне основной насосной станции (h_вс), получим напор во всасыва­ющем патрубке первого основного насоса, называемый подпором (∆Н₁).

Потерю напора в коммуникациях (одной) станции описывает (7.10)

,

(7.10)

где h_вс и h_н – соответственно потери напора на всасывающей и нагнетательной стороне нефтеперекачивающей станции.

Напор в конечном пункте нефтепровода р₂/ будем обозначать h_к.п. Это потеря напора в коммуникациях конечного пункта, включая высоту уровня в приемном резервуаре.

Для магистрального нефтепровода с n одинаковыми перекачивающими станциями уравнение (7.9) теперь можно представить в следующем виде:

.

(7.11)

Допустив, что р₂/ в конечном пункте равно нулю, в дальнейшем для краткости будем писать:

.

(7.12)

Уравнения (7.10), (7.11) и (7.12) называются уравнениями баланса напо­ров.

В левой части этих уравнений – напор, развиваемый насосными стан­циями, а в правой части – потеря напора.

Смысл уравнений баланса напоров аналогичен смыслу третьего закона Ньютона.

Выразив напор, развиваемый одной станцией, в виде и гидравлический уклон в виде , получим уравнение баланса напоров

.

(7.13)

Это уравнение с одним неизвестным. Здесь Q – конкретная величина. Считая ∆H₁ постоянной величиной, получаем из (7.13)

.

(7.14)

Баланс напоров и равенство подачи насосов расходу в трубопроводе (материальный баланс перекачки) дают основание для следующего важного вывода: трубопровод и насосные станции составляют единую гидравлическую систему. Это положение является исходным при решении любых вопросов перекачки нефти (нефтепродуктов) по магистральным трубопроводам. Изменение режима работы какой-либо одной насосной станции (например, отключение части насосов) нарушает режим остальных станций и одновременно приводит к изменению режима работы трубопровода и, наоборот, изменение сопротивления трубопровода повлияет на режим работы насосных станций.

7.2.6 Увеличение пропускной способности нефтепровода

Увеличение потребности в нефтепродуктах в конкретном экономическом районе, обусловленное особенностями его развития, приводит к увеличению мощности нефтеперерабатывающего завода, обслуживающего этот район, и средств доставки продуктов переработки нефти к потребителям.

Возрастание мощности завода в свою очередь связано с необходимостью увеличения пропускной способности транспортных средств, доставляющих нефть от промысла на нефтеперерабатывающий завод.

Так возникает задача об увеличении пропускной способности действующего нефтепровода.

Рис. 7.6. Увеличение пропускной способности нефтепровода с поршневыми насосами

1 – характеристика насосной станции; 2 – характеристика насосной станции после увеличения числа насосных агрегатов; 3 – характеристика трубопровода (перегона между станциями); 4 – характеристика трубопровода после удвоения числа станций или после прокладки лупинга

Часто в задании на проектирование ставится условие, что пропускная способность нефтепровода должна постепенно повышаться и достичь наибольшего значения лишь к определенному сроку. Диаметр такого нефтепровода выбирается соответствующим наибольшей пропускной способности. Нефтеперекачивающие станции строят и вводят в эксплуатацию по очередям.

Увеличение пропускной способности нефтепровода от Q до Q* может быть достигнуто изменением характеристики трубопровода или насосных станций, при котором рабочая точка на совмещенной характеристике Q –Н (рис.7.6) переместится вправо.

Отношение называется коэффициентом увеличения пропускной способности.

Наиболее просто задача решается при очень большой крутизне характеристик насосных станций (вертикальная линия для поршневых насосов). В этом случае увеличение пропускной способности осуществляется установкой на каждой станции дополнительных насосных агрегатов, включаемых параллельно, и, если на каждой станции было по k рабочих насосов, а после установки дополнительных их стало k^*, то коэффициент увеличения про­пускной способности (при условии, что насосы одинаковые) .

Увеличение расхода после включения в работу дополнительных агрегатов приводит к возрастанию потери напора. Рабочая точка на совмещенной харак­теристике Q–Н переместится не только вправо, но и вверх (рис. 7.6). При этом напор Н^*_ст, который будут развивать станции, может оказаться выше допусти­мого из условия прочности.

Напор Н_ст можно снизить следующими способами:

– сооружением дополнительных станций на перегонах между существу­ющими станциями (удвоение числа станций);

– прокладкой дополнительных лупингов.

В первом случае снижение напора происходит благодаря уменьшению длин перегонов, обслуживаемых стан­циями.

Рассмотрим способ удвоения числа станций.

До увеличения пропускной способности

.

(7.15)

После удвоения числа станций и установки дополнительных насосных агрегатов, обеспечивающих увеличение расхода, получим

.

(7.16)

Разделив второе уравнение на первое, получим

.

(7.17)

∆Формула (7.17) показывает, что для трубопроводов, идущих на подъем (при ∆z > 0), коэффициент χ больше, чем для «горизонтальных» или (тем более) для трубопроводов, у которых ∆z <0.

Величиной ∆z часто пренебрегают

Тогда

.

(7.18)

Следовательно, если требуется увеличить производительность в раза (при турбулентном режиме течения в зоне действия закона Блазиуса (зона гидравлически гладких труб) ), то целесообразно удвоить число станций. При этом давление, развиваемое станциями, не изменится.