3.3 Определение диаметра и толщины стенки трубопровода

Ориентировочное значение внутреннего диаметра вычисляется по формуле:

где w_o – рекомендуемая ориентировочная скорость перекачки, определяемая из графика (рисунок 1).

Рисунок 1 - Зависимость рекомендуемой скорости перекачки

от плановой производительности нефтепровода

Для дальнейших расчетов принимаем ближайший стандартный наружный диаметр трубопровода D_Н = 720 мм. Согласно требованиям СНиП 2.05.06-85*, нефтепроводы диаметром 700 мм следует относить к II категории (коэффициент условий работы m = 0,75).

Примем для сооружения нефтепровода трубы ВТЗ, изготавливаемые по ТУ 1104-138100-357-02-96 из стали марки К56 (временное сопротивление стали на разрыв _В = 549 МПа; коэффициент надежности по материалу k₁=1,4).

Так как перекачку нефти предполагается производить по системе «из насоса в насос» и диаметр нефтепровода попадает в интервал D_У = (700 – 1200)мм, согласно СНиП 2.05.06-85*, значения коэффициентов надежности по нагрузке принимается n_p=1,15 и надежности по назначению k_Н = 1,0.

Определим расчетное сопротивление металла трубы R₁ :

Расчетное значение толщины стенки трубопровода составляет:

Полученное значение  округляем в большую сторону до стандартного значения и принимаем толщину стенки равной  = 9 мм.

Внутренний диаметр нефтепровода равен:

D = D_н – 2 = 720 – 29 = 700 мм = 0,702 м.

3.4 Гидравлический расчет нефтепровода. Определение числа перекачивающих станций

Определим среднюю скорость течения нефти:

Режим течения нефти характеризуется числом Рейнольдса Re, значение которого составляет:

Значения переходных чисел Рейнольдса Re₁ и Re₂ определяют по формулам:

,

где – относительная шероховатость трубы;

k_Э – эквивалентная шероховатость стенки трубы, зависящая от материала и способа изготовления трубы, а также от ее состояния. Для нефтепроводов после нескольких лет эксплуатации можно принять k_Э = 0,2 мм.

;

Так как Re₁ < Re < Re₂, режим течения нефти турбулентный в зоне смешанного трения. Коэффициент гидравлического сопротивления  определим по формуле Альтшуля:

Потери напора на трение в трубопроводе вычислим по формуле Дарси-Вейсбаха:

Величина гидравлического уклона вычисляется:

Суммарные потери напора в трубопроводе определяются по формуле:

,

где 1,02 – коэффициент, учитывающий надбавку на местные сопротивления в линейной части нефтепровода;

N_Э – число эксплуатационных участков (назначается согласно протяженности эксплуатационного участка в пределах 400…600 км;

h_ост – остаточный напор в конце эксплуатационного участка, h_ост =30…40 м.

В расчетах принимаем N_Э=2, h_ост = 40 м. Тогда суммарные потери напора составят:

3.5 Определение числа перекачивающих станций

Необходимое число перекачивающих станций для условий обеспечения расчетной производительности нефтепровода составит:

где H_СТ = m_Мh_М – расчетный напор перекачивающей станции.

При округлении числа ПС в меньшую сторону (n = 3) гидравлическое сопротивление трубопровода можно снизить прокладкой дополнительного лупинга длиной l_Л. Полагая, что диаметр лупинга и основной магистрали одинаковы, найдем значения коэффициента  и его протяженность:

;

При округлении числа перекачивающих станций в большую сторону предусмотрим вариант циклической перекачки. При циклической перекачке эксплуатация нефтепровода осуществляется на двух режимах: часть планового времени τ₂ ведется на повышенном режиме с производительностью Q₂ > Q (при работе на каждой станции по 3 магистральных насоса). Остаток времени τ₁ нефтепровод работает на пониженном режиме с производительностью Q₁ > Q (при работе на каждой станции по 2 магистральных насоса).

Построим совмещенную характеристику нефтепровода и перекачивающих станций (с числом НПС = 3, НПС = 4 при работе 3 насосов, НПС = 4 при работе 2 насосов). Для этого выполним гидравлический расчет нефтепровода постоянного диаметра и оборудованного лупингом l_л = 58,66 км в диапазоне расходов от 2000 до 2500 м³/ч. Результаты вычислений представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты расчета характеристик трубопровода и перекачивающих станций.

Производительность нефтепровода Q, м3/ч	Напор насосов, м		Характеристика нефтепровода, м		Характеристика НПС, м
	hП	HМ	Постоянного диаметра	С лупингом	n = 3; mМ=3	n = 4; mМ=3	n = 4; mМ=2
1618	92,5607	236,27984	1903,1	1467,2676	2311,6401	3020,479	2075,36
1719	91,2940	233,39342	2119,9	1634,361	2283,1289	2983,309	2049,73
1820	89,9506	230,33228	2347,3	1809,5417	2252,8918	2943,888	2022,56
1921	88,5306	227,09641	2585,1	1992,7453	2220,9289	2902,218	1993,832
2022	87,0338	223,68581	2833,2	2183,913	2187,24	2858,297	1963,55
2123	85,4604	220,1005	3091,5	2382,9914	2151,8253	2812,126	1931,72
2224	83,8102	216,34045	3360,1	2589,931	2114,684	2763,706	1898,34
2325	82,0835	212,40569	3638,8	2804,6866	2075,818	2713,035	1863,41
2426	80,28003	208,29619	3927,6	3031,5228	2035,225	2660,11439	1826,93

Графически совмещенная характеристика нефтепровода и перекачивающих станций приведена на рисунке 2.

1 – Напорная характеристика 4 НПС (с 2 работающими насосами на каждой НПС); 2 – Напорная характеристика 3 НПС (с 3 работающими насосами на каждой НПС);

3 – Напорная характеристика 4 НПС (с 3 работающими насосами на каждой НПС);

4 – Гидравлическая характеристика нефтепровода постоянного диаметра;

5 – Гидравлическая характеристика нефтепровода с лупингом;

Рисунок 2 – Совмещенная характеристика нефтепровода и перекачивающих станций

Точка пересечения характеристики нефтепровода с лупингом длиной l_Л и перекачивающих станций (n = ) подтверждает правильность определения l_Л, так как Q = 2022,1 м³/ч.

При округлении числа ПС в большую сторону (n = 4) рассчитаем параметры циклической перекачки. Из совмещенной характеристики трубопровода и перекачивающих станций (n = 4; m_M=3; рабочая точка A₁) значение расхода в которой: Q₂ = 2042 м³/ч. Если на каждой ПС отключить по одному насосу (n = 4; m_M=2), то рабочая точка совмещенной характеристики переместится в положение A₃, и нефтепровод будет работать с производительностью Q₁ = 1789,5 м³/ч.

Так как выполняется условие Q₁ < Q < Q₂, рассчитаем время работы нефтепровода на режимах, соответствующих расходам Q₁ и Q₂ :