2 Негізгі таратылатын материалдар мазмұны

2.1. Курстың тақырыптық жоспары

Тақырыптың аталуы	Академиялық сағаттар саны
	Дәріс сабағы	Тәжіри- белік	Зертха-налық	СӨЖО	СӨЖ
I	II	III	IV	V	VI
1. Мұнай мен мұнай өнімдерін тасымалдау тақырыбына қысқаша шолу.	1	1	1	3	3
2. Мұнай мен мұнай өнімдерінің физикалық-химиялық қасиеттері. Магистралды құбырөткізгіштердің имараттық құрамы	2	2	2	6	6
3. Магистралды құбырөткізгіштің гидравликалық есептеулерінің негізгі формулалары. Құбырөткізгіштің және сорап стансаларының арындық сипаттамасы	2	2	2	6	6
4. Магистралды мұнай құбырының технологиялық есебі. Құбырөткізгіштің өткізу қабілетін арттыру әдістері	2	2	2	6	6
I	II	III	IV	V	VI
5. Мұнай өнімдерін тізбектей айдау	2	2	2	6	6
6. Мұнай өнімдерін тізбектей айдау кезіндегі құбырдың технологиялық есебі.	2	2	2	6	6
7. Тұтқырлығы көп шайырланғыш мұнайды айдау әдістері.	2	2	2	6	6
8. Ыстық айдау. Ыстық құбырөткізгіштің жылулық тәртібі. Ыстық құбырөткізгішті гидравликалық есептеу	2	2	2	6	6
Барлығы (сағат)	15	15	15	45	45

2.2 Дәрістік сабақ конспектілері

ДӘРІС 1. Мұнай мен мұнай өнімдерін тасымалдау тақырыбына қысқаша шолу.

Әлемнің негізгі мұнай өндіруші елдері – Таяу және Орта шығыс елдері – мұнда әлемдік мұнай қорының 66,4 % -ы бар. Мұнай ең көп ел Сауд Арабиясы (36 млрд. т). Одан әрі Ирак (15 млрд. т), Кувейт (12,9), Иран (12,7), Абу - Даби (12,6) елдері тұр. Бұл елдерде аймақтағы мұнай қорының 96 % -ы жатыр. Екінші орында тұрған аймақ – Солтүстік және Латын Аме­рикасы. Мұнда әлемдік мұнай қорының 15,2 % -ы бар: Венесуэла (8,9 млрд. т), Мексики (6,7 млрд. т) және АҚШ (3,1 млрд. т). Африкада шамамен 9,25 млрд. т мұнай бар (әлемдік мұнай қорының 6,6 %-ы): Ливия (4,1 млрд. т), Нигерия (2,1) және Алжир (1,3). Шығыс Европа елдері әлемдік мұнай қоры жағынан 4 - орында (5,8 %): ТМД елдері (7,8 млрд. т), Румыния (220 млн. т), Албания (20 млн. т). Азия мен Океания елдерінде мұнда әлемдік мұнай қорының 4,2 %-ы жатыр, оның 57 % -ы Қытай үлесінде. Батыс Европада әлемдік мұнай қорының 2 % -дан азы ғана бар. Оның жартысы - Норвегияда (1,5 млрд. т), ширегі - Ұлыбританияда (0,6).

Жалпы алғанда, көмірсутек шикізатының қорына қатысты (А.Л. Бакиров (1972 г.) ұсынған) Жер шарының кен орындары 5 топқа бөлінеді (мұнай млн.тонна): ұсақ-10-ға дейін; орта -10-30; ірі – 30-300; төтенше ірі – 300-1000; ерекше – 1000-нан артық.

Аса ірі мұнай кен орындары мыналар (олардың саны жыл сайын өзгеріп отырады, әзірге – 76; млрд. т.):

1. Чиконтепек (22,1-Мексика); 2. Аль-Гавар (20- Саудовская Аравия); 3. Большой Бурган (13- Кувейт); 4. Кариока Сугар Лоаф (11-Бразилия);

5. Сафания-Хафджи (10,35- Саудовская Аравия); 6. Шельф Боливар (8,3 - Венесуэла). 7. Верхний Закум (8,2 – ОАЭ); 8. Самотлорское (7,1- РФ);

9. Северное/Южный Парс (7- Катар и Иран); 10. Кашаган (6,4 – РК);

11. Дацин (6,3 – КНР); 27. Теңіз (3,1 – РК); 55. Карамай (1,5 – РК);

66. Карашыганак (1,2 – РК); 69. Өзен (1,1 – РК).

Мұнай бағасын тұрақтандыру мақсатында 1960 ж. мұнай шығарушы елдер ұйымы құрылды (ағыл. The Organization of the Petroleum Exporting Countries; қысқаша ОПЕК, ағыл. OPEC;  картель түрінде). ОПЕК құрамына 12 ел кіреді (Иран, Ирак, Кувейт, Сауд Арабиясы, Венесуэла, Катар, Ливия, Біріккен Араб әмірліктері, Алжир, Нигерия, Эквадор және Ангола). Штаб-пәтері Вена қаласында.

Әлемдегі мұнай мен газ қорлары жағынан Қазақстан қомақты орынға ие. Нақты анықталған көмірсутек шикізатының қорлары бойынша ҚР әлемде жетекші елдерге жатады: мұнай қоры бойынша еліміз жетінші, газ қоры бойынша – алтыншы орынға (2006 жылғы деректер) ие. Мемлекеттік комиссия деректері бойынша ҚР-дағы көмірсутек шикізатының алынатын қоры: мұнай бойынша - 4,8 млрд. тонна, газдікі - 5 трлн м³. Тек қана барлау жұмыстары басталған жерлерді есептесек, көмірсутек шикізатының болжанған қоры 2 млрд тонна мұнай эквивалентіне тең екен.

2009 жылы ҚР-да 76,5 миллион тонна мұнай мен газ конденсаты өндірілді. Оның 68,1 миллион тоннасы шетке шығарылды (89%-ы).

Мұнайды өндірістік түрде өндіру 1857-жылдарда басталды. Сол жылы әлемде (негізінен Румынияда) бар-жоғы 320 м³ мұнай алынды. Россияда мұнайды өндірістік түрде өндіру 1863 жылы басталды, ал 1872 жылы мұнай құйылатын алғашқы теміржол цистерналары жасалды. 1878 жылы Атырау теңізі үшін әлемдегі алғашқы танкер «Зороастра» кемесі істелінді. Оның жүк көтергіштігі 250 т еді. Қазақстандағы алғашқы мұнай фонтаны 1899 жылы Ембінің Қарашұңғылында атқақтады. 1911-1915 жылдарда Қазақстандағы алғашқы мұнай кен орындары Доссор-Мақат іске қосылды. Танкерлер мен құбырөткізгіштерді жобалау орыс инженері және академигі В.Г.Шуховтың есімімен тығыз байланысты. В.Г.Шуховтың жобалауымен тұңғыш құбырөткізгіш 1878 жылы Россияда тартылды. Диаметрі 50 мм құбырөткізгіш мұнай өңдейтін зауыттарды Бакумен қосты. Алғашқы магистралды құбырөткізгіш Россияда 1896-1906 жылдарда салынды. Ол Бакудің экспорттық бензинін Батумиге жіберіп тұрды. Оның ұзындығы 883 км, диаметрі 203 мм еді, 17 сорап стансасы бар болатын.

Қазақстанның тұңғыш құбырөткізгіші жылдарда 1912-1913 жылдарда салынды. Ол Доссорды (Ембі мұнайлы ауданы) Каспий теңізінің Ракуши айлағымен қосты. Ұзындығы 65,7 км. 1932-1935 жылдарда жылдарда Қазақстанның Гурьев - Орск тұңғыш магистралды құбырөткізгіші салынды (диаметрі 300 мм, ұзындығы 709 км, 7 айдау стансасы бар). Бұл сол кездегі Европадағы ең ірі мұнай құбыры болатын. 1961 ж. Өзен мен Жетібайда (Маңғыстауда) алғашқы мұнай фонтаны атқақтады, ал 1966 ж. Өзен – Шевченко (қазіргі Ақтау) «ыстық» мұнай құбыры іске қосылды (диаметрі 529 мм, ұзындығы 141,6 км). Мұнайды қатырмау (шайырландырмау) үшін трассаның 22, 45, 68, 91 және 112 км нүктелерінде арнайы мұнай қыздыру пункттері салынды. 1969 ж. Өзен – Гурьев (қазіргі Атырау), 1970 ж. Гурьев– Куйбы­шев (қазіргі Самара) магистралды «ыстық» мұнай құбыры іске қосылды (диаметрі 529 мм, ұзындығы 141,6 км). Қазіргі кезде Өзен – Атырау –Самара магистралды «ыстық» мұнай құбыры әлемдегі ең ірі «ыстық» мұнай құбыры болып табылады.

Мұнай тасымалы негізгінен төмендегі магистралды мұнай құбырлары арқылы жүргізіледі:

1. Омск – Павлодар - Шымкент – Чарджоу магистралды мұнай құбыры. Ол 3 бөліктен тұрады (Омск – Павлодар, Павлодар – Шымкент, Шымкент – Чарджоу). Омск – Павлодар магистралды мұнай құбыры арқылы Ресейден Павлодар мұнай-химия зауытына және Қытайға Ресей мұнайы жіберіледі. Павлодар – Шымкент магистралды мұнай құбыры Павлодардан Атасуға дейін Ресей мұнайын Қытайға тасыса, Қарақойын мен Атасу арасы Батыс-Қазақстан-Батыс Қытай магистралды мұнай құбырының бөлігіне жатады. Ал Қарақойыннан Шымкентке дейін Шымкент мұнай өңдеу зауытына (PetroKa­zakhstan Oil Product) Қазақстан мұнайы барады. Шымкент – Чарджоу (Түркменстан) магистралды мұнай құбыры бөлігі қазір жұмыссыз тұр. Омск – Павлодар магистралды мұнай құбыры арқылы үстіміздегі жылдың алғашқы жартысында 2,85 миллион тонна мұнай, ал Қарақойыннан Шымкентке дейін 1,65 миллион тонна мұнай айдалды.

2. Батыс-Қазақстан-Батыс Қытай магистралды мұнай құбыры Атырау – Кеңкияқ, Кенкияқ – Кұмкөл, Кұмкөл – Каракойын, Атасу-Алашанькоу сияқты 4 бөліктен тұрады. Каракойын мен Атасу айдау стансаларының арасы Павлодар - Шымкент магистралды мұнай құбырына жатады. Кұмкөл – Каракойын магистралды мұнай құбыры үстіміздегі 2009 жылы ғана салынып бітті. Осы себепті Атырау – Кеңкияқ құбыры мұнай айдау бағытын кері өзгертетін болады (осыған дейін бұл құбыр арқылы Кеңкияқтан Атырауға шамамен жылына 6 миллион тоннадай Жаңажол мұнайы айдалып келген еді). Атасу-Алашанькоу магистралды мұнай құбыры арқылы үстіміздегі жылдың алғашқы жартысында 2,49 миллион тонна Қазақстан мұнайы, 0,80 миллион тонна Ресей мұнайы Қытай еліне жіберілген. Жалпы Батыс-Қазақстан-Батыс Қытай магистралды мұнай құбыры арқылы жақын арада 10 миллион тонна, ал екінші кезекте 20 миллион тонна мұнай айдалатын болады. Бұл құбырдың бойында мұнай қыздыру пештері (Барсеңгір мен Атасу стансаларында Құмкөлдің шайырланғыш мұнайын қыздырады) бар, сол сияқты турбуленттікке қарсы қосқыштар қолданылады (присадки).

3. Өзен – Атырау– Самара магистралды мұнай құбыры. Бұл құбыр 2 бөліктен (Өзен – Атырау, Атырау– Самара) тұрады. Бұл ыстық мұнай құбыры, яғни оның бойында мұнай қыздыру стансалары орналасқан (себебі Өзен мұнайы тұтқыр және шайырланғыш). Мұнда да турбуленттікке қарсы қосқыштар қолданылады. Үстіміздегі 2009 жылдың алғашқы жартысында 8,62 миллион тонна Қазақстан мұнайы осы құбыр арқылы Ресейге экспортталды. Жақын болашақта Өзен – Атырау– Самара магистралды мұнай құбырының өнімділігін одан әрі арттыру жоспарланып отыр.

4. Теңіз - Новороссийск магистралды мұнай құбыры (Каспийский трубопроводный консорциум, КТК). Бұл құбыр арқылы Теңіз, Қашаған және түбінде Қарашығанақ мұнайы Қара теңіз айлағы Новороссийск, онан әрі әлемдік мұқиттар арқылы алыс шетелдерге жіберіледі. Үстіміздегі 2009 жылдың алғашқы жартысында 13,96 миллион тонна Қазақстан мұнайы осы құбыр арқылы айдалды. КТК өнімділігін 67 миллион тонна шамасына дейін арттыру жоспарланып отыр.

Жоғарыда келтірілген магистралды мұнай құбырларынан басқа Аксай – Үлкен Шаған – Атырау, Теңіз - Грозный (экспорттық желі), Жаңажол - Кенкияқ – Орск (Орск – Ресей қаласы, онда мұнай өңдеу зауыты бар), Каламқас - Қаражанбас – Ақтау, Өзен - Жетібай – Ақтау, Прорва – Кұлсары, Мартыши – Атырау, Мұнайлы – Қосшағыл, Сазтөбе-Елемес-Опорный, Лақтыбай – Кеңқияқ, Ақшабұлақ – Құмкөл сиқты құбырлармен Қазақстан мұнайы тасылады.

Үстіміздегі 2009 жылдың алғашқы жартысында еліміздегі теміржол тасымалы арқылы 4,44 миллион тонна мұнай тасылды.

Актау теңіз айлағы арқылы 2009 жылдың алғашқы жартысында 5,46 миллион тонна жақын шетелдерге шығарылды. Мұнда мұнай негізінен Баку айлағына танкерлер көмегімен жеткізіліп, онан әрі Баку-Тбилиси-Жейхан магистралды мұнай құбырына жіберіледі де (Жейхан - Түркияда, Жерорта теңізіндегі айлақ), мұқиттар арқылы алыс шетелдерге экспортталады. Болашақта Ескене (Атырау обылысы)-Құрық (Маңқыстаудағы теңіз айлағы) магистралды мұнай құбырын салу жоспарлануда, оның өткізу қабілеті жылына 25 миллион тонна болады. Нәтижесінде тасымалдың Қазақстандық Каспий жүйесі (ККСТ- Казахстанская каспийская система транспортировки) қалыптасады. Бұл жүйеге Ақтау – Баку тасымалы, Баку-Тбилиси-Жейхан магистралды мұнай құбыры және Ескене -Құрық магистралды мұнай құбыры кіретін болады. Бұл жүйенің өткізу қабілеті 23 миллион тонна, түбінде ол шама 56 миллион тоннаға дейін көбейтілмекші. Актаудан мұнайдың біраз бөлігі Иранның Нека айлағы арқылы Тегеран мұнай айдау зауытына жіберіледі де, айырбасқа соған шамалас Иран мұнайы Парсы шығанағында Қазақстанға (экспорттау мақсатында) қайтарылады.

Мұнай АО НК «КазМунайГаз» - ға бағынышты АО НМСК «Казмортрансфлот» компаниясының кемелерімен тасымалданады. 2009 ж. компанияның теңіз тасымалы 7,3 млн. тонна болды. Онда дедвейті 12 мың тонна болатын 4 танкер, 5 буксир және 8 баржа бар. 2012 ж. дедвейті 12 мың тонна болатын тағы 2 танкерді суға түсіру жоспарлануда.

Қазақстанда 3 мұнай өңдеу зауыттары - Атырау, Шымкент ((PetroKazakhstan Oil Product) деп аталады) және Павлодар (Павлодарский нефтехимиче­ский завод) зауыттары бар. 2009 ж. осы 3 зауыттағы шикі мұнайды өңдеу көлемі 12,1 млн тоннаны құрады, ал 2012 ж. бұл мөлшер 13 млн. тоннаға жеткізілмек (оның ішінде Атырау НПЗ - 4,2 млн., Шымкент НПЗ- 4,3 млн., Павлодар НПЗ - 4,5 млн).

Кеңес заманының 80-жылдарында мұнай өнімдерін тасымалдайтын мынандай құбырлар салынған: Травники - Кустанай - Аманкарагай; Петропавловск – Көкшетау - Целиноград; Павлодар - Семей - Өскемен; Самара - Орал; Шымкент - Ташкент. Тәуелсіздік алғаннан кейін еліміз мұнаймен өзін-өзі қамтамасыз ете бастады да, бұл құбырлар жұмыстарын уақытша тоқтатты. Ал сәйкес тасымалдар т/ж арқылы жүргізілді. Бірақ жақын болашақта мұнай өнімдерін тасымалдайтын осы құбырлар қайта іске қосылуы мүмкін.

Негізгі әдебиеттер: 1 нег. [4-8], 2 нег. [3-8], 3 нег. [5-16]

Қосымша әдебиеттер: 2 қос. [18-33], 4 қос. [8-10], 5 қос. [9-11]

Бақылау сұрақтары:

1. Қазақстанның негізгі құбырөткізгіштерін атаңыз.

2. Қазақстанның негізгі мұнай өңдеу зауыттарын атаңыз.

3. Болашақта Қазақстанда қандай мұнай құбырларын салу жоспарлануда?

ДӘРІС 2. Мұнай мен мұнай өнімдерінің физикалық-химиялық қасиеттері. Магистралды құбырөткізгіштердің имараттық құрамы

Мұнай мен мұнай өнімдерінің негізгі физикалық-химиялық қасиеттеріне олардың тығыздығы ρ мен кинематикалық тұтқырлықтары ν жатады. Бұл параметрлер температураға байланысты елеулі аумақтарда өзгереді. Температура артқанда мұнай мен мұнай өнімдерінің тығыздығы және тұтқырлығы кемиді. Тығыздықтың температураға тәуелділігі Менделеев формуласымен анықталады (бұл формула кез-келген қатты, немесе сұйық денелерге жарай береді):

, (1)

мұндағы ρ_Т және ρ₂₉₃ – тиісінше Т және 293К температурадағы мұнай тығыздықтары, β_р – көлемдік ұлғаю коэффициенті. Кейде басқа формула қолданылады:

; (2)

бұл өрнектердегі β_р және ξ (температураға түзету коэффициенті) коэффициенттері тығыздыққа байланысты түрде арнайы кестеде беріледі ([ρ]=кг/м³, [ξ]=10^-3кг/(м³∙К), [β_р]=10^-61 /К).

Егер ξ коэффициентін кесте арқылы табу мүмкін болмаса, немесе кесте жоқ болған дағдайда жуықтап, төмендегідей табуға да болады:

. (3)

Мұнай мен мұнай өнімдерінің меншікті жылу сиымдылығы с_р көп жағдайларда 1600...2500 Дж/(кг∙К) аралықтарында жатады. Есептеулерде оның орташа мәнін жиі қолданады (2100 Дж/(кг∙К). Ал мұнай мен мұнай өнімдерінің меншікті жылу өткізгіштігі λ негізінен 0,1...0,16 Вт/(м∙К) аралықтарында болады, оның есептеулерде қолданылатын орташа мәні 0,13 Вт/(м∙К). Бұл шамаларды дәлірек есептеулер үшін Крего және Крего- Смит формулаларын пайдаланған жөн. Крего формуласы температураның 273-673 К аралықтарында, ал Крего-Смит формуласы температураның 273-473 К аралықтарында дұрыс нәтиже береді. Айтылған формулаларды жазып көрсетейік. Крего формуласы:

. (6)

Крего-Смит формуласы:

. (7)

Мұнай мен мұнай өнімдерінің тұтқырлығы – олардың тасымалдау мен сақтау кезіндегі ең басты қасиеттерінің бірі, тұтқырлық құбырдың гидравликалық кедергісіне өте көп әсерін тигізеді. Тұтқырлық та, тығыздық сияқты температураның артуымен кеми бастайды. Бірақ ол тығыздыққа қарағанда температураға өте тәуелді. Гидравликалық және жылулық есептеулерде көбінесе ν кинематикалық тұтқырлық ұғымы қолданылады. Динамикалық тұтқырлық пен кинематикалық тұтқырлықтың өзара байланысы:

.

Мұнай мен мұнай өнімдерінің кинематикалық тұтқырлығы әртүрлі температураларда тексерілген зертханалық деректерімен анықталады, ол деректер болмаған жағдайларда әртүрлі есептік тәуелділіктер қолданылады. Ең жиі қолданылатын формулалар Вальтер және Рейнольдс-Филонов формулалары.

, (8)

мұндағы u- вискограмма тіктігінің коэффициенті (коэффициент крутизны вискограммы) деп аталады. Т_* - кинематикалық тұтқырлық ν_* болатын температура. Егер екі түрлі T₁ және T₂ температурада тұтқырлықтар белгілі болса, онда

. (9)

Бұл формуланың дәлдігі Т₂<T<T₁ аумағында жақсы. Басқа аумақтарда Вальтер формуласын қолданған жөн.

Вальтер формуласы (А5ТМ) мынандай:

lg lg (ν+0,8)=a+b∙lgT, (10)

мұндағы

a= lg lg (ν₁+0,8) - b∙lgT₁, b=lg[lg(ν₁+0,8)/ lg(ν₂+0,8)]/lg(T₁/T₂) – эмпирикалық коэффициенттер, ν -кинематикалық тұтқырлық (мм²/с), Т-абсолют температура (К). Бұл формуланың дәлдігі жоғары, бірақ өрнегі өте күрделі және жоғарғы дәлдікпен есептеуді талап етеді.

Мұнай мен мұнай өнімдерін тасымалдау түрлеріне теміржол тасымалы, өзен тасымалы, теңіз тасымалы және құбырөткізгіш тасымалы жатады. Бұл тасымалдардың әрқайсысының жақсы және әлсіз жақтары бар. Іштеріндегі ең арзаны - құбыр және теңіз тасымалы. Бірақ су жолының навигациялық мерзімі бар (қыста қатып жатады) және ол жол ұзын. Оның шектеулері көп (су тереңдігі мен еніне, су ағынының қаттылығыны байланысты, т.с.с.). Сол сияқты ол экологиялық жағынан да, сол сияқты басқа жақтардан да қауіпті (танкерлердің теңізде апатқа ұшырауы, немесе пираттардың басып алуы).

Теміржол тасымалы климаттық әсерлерге және тәуліктік – мерзімдік өзгерістерге тәуелді емес, бірақ оның жолы сондай қысқа да болмайды. Теміржолдың өткізу қабілеті де шектеулі. Құбыр жолы алдын - ала салынатын недәуір көп күрделі қаржыны керек етеді, есесіне ол да климаттық әсерлерге және тәуліктік – мерзімдік өзгерістерге тәуелсіз, сонымен бірге оның жұмысы әдетте автоматтандырылады. Жаңадан жүк ағынын жобалағанда, теміржол, су және құбыр жолдары ұзындықтарының әртүрлі болатындығын еске сақтаған жөн. Ең қысқасы, әдетте құбыр жолы, ал ұзыны – су жолы. Кей жағдайларда бірнеше тасымал түрлерін қатар қарастырады (мысалы, жолдың бір бөлігі – су жолы, ал қалғаны – құбыр жолы, т.с.с.).

Олардың ең тиімдісін таңдағанда, техникалық-экономикалық көрсеткіштерге ғана қарамайды, сонымен бірге қарастырылған ауданның даму дәрежесіне, ерекшеліктеріне және ондағы транспорт түрлерінің таралу ерекшеліктеріне баса назар аудару керек. Әдетте тиімділік шарты ретінде әрбір тасымал түрі үшін есептелген күрделі қаржы мен пайдалану шығындарынан тұратын жылдық келтірілген шығын алынады. Жылдық келтірілген шығыны ең аз болатын тасымал түрі мұнай және мұнай өнімдердерін алыс жерлерге тасымалдау үшін таңдалынып, алынады. Жалпы түрде келтірілген шығын Р (у.е./жыл) мынандай формуламен анықталады:

Р = Э + ЕК, (11)

мұндағы Э - пайдалану шығындары, К - әрбір тасымал түріне салынған күрделі қаржы, Е - күрделі қаржының нормалық коэффициенті (мұнай-газ өнеркәсібі үшін Е = 0,12 1/жыл). Е=1/Т, бұл жерде Т - әрбір өнеркәсіп түріндегі өзін - өзі ақтаудың нормалық мерзімі (мұнай-газ өнеркәсібі үшін Т = 8,3 жыл).

Э - пайдалану шығындары тасымалдың бәр түрлері үшін бірдей өрнекпен анықталады:

Э = SG_годL, (12)

мұндағы S – тасымалдың өзіндік құны; G_год – бір жылда тасылатын өнім мөлшері (массасы); L – жол ұзындығы. Тасымалдың өзіндік құнының орташа мөлшері S [в 10^-4 у.е./(т∙км)] әртүрлі тасымал түрлері үшін шамамен мынандай болады: құбыр тасымалы - 12; теміржол тасымалы - 33; су тасымалы (өзендермен) - 17; су тасымалы (теңіздермен) - 12. Магистралды құбырмен мұнай өнімдерін айдаудың өзіндік құны оның диаметріне тәуелді. Яғни әрбір тасымал түрі үшін 1 тонна∙километр бағасы бірдей деп есептеледі (мысалы, 1т жүкті 100км – ге тасу, немесе 100т жүкті 1км – ге тасу, 10т жүкті 10км – ге тасу, 5т жүкті 20км – ге тасу бағалары бірдей).

Енді әрбір тасымал түрлеріне салынатын К (у.е.) күрделі қаржыны анықтауға кірісейік.

1. Теміржол тасымалына салынған күрделі қаржыны есептегенде, вагон-цистерналар мен локомотивовтар (тепло- немесе электровоздар) паркын кеңейтуге кететін шығынды ғана есептейді:

К_жд=цс_ц+zc_z, (13)

мұндағы z – локомотивтер саны, ц - вагон-цистерналардың қажетті саны.

: (14)

n_ц - ци­стернаның бір жылдағы айналыс саны; V_ц – бір ци­стернаның сиымдылығы; ρ – айдалатын өнімнің тығыздығы, n_м – ци­стерналардың бір маршруттағы саны;

n_ц =365/τ_п, (15)

τ_п - бір ци­стернаның айналыс уақыты:

,

L_жд – теміржол трассасының ұзындығы; l_жд – цистернаның орташа тәуліктік жүрісі, оны шамамен практика негізінде 200...250 км/тәул деп алады; τ_в – түсіріп-тиеу уақыты; χ_жд – теміржол тасымалының біркелкі емес жұмысының коэффициенті, себебі әртүрлі себептерден цистерналар жолда кешігуі мүмкін (χ_жд = 1...1,5); c_z – бір локомотивтің құны (бір электровоз құны қуатына байланысты 66,8...278 мың у.е.., ал бір тепловоз құны - 104...318 мың. у.е.); с_ц - бір цистерна құны (сиымдылығы 60 м³ болатын цистерна құнын 5,7 мың у.е. деп аламыз). Егер жаңадан мұнай таситын теміржол салынатын болса, онда оның құнын мұнай тасымалына жатқызады. Біржолды теміржолдың 1 км негізгі жолының салыну құны шамамен 165...260 мың у.е., қосжолды теміржолдың 1 км негізгі жолының салыну құны - 250...390 мың у.е., теміржол стансасының салыну құны - 30 млн. у.е. Бұлардан басқа бас және соңғы пункттердегі құю-төгу желілеріне кететін шығынды және ескеру керек.

2. Су тасымалына салынған К_в күрделі қаржы қосымша сатып алынатын жүк таситын кемелерде орналасқан мұнай сақталатын ыдыстардың (резервуарлар, танктер, т.с.с.) К_6р, олардың күштік қондырғыларының К_б және жағадағы қажетті сиымдылықтың K_V құндарынан (шығындарынан) тұрады, яғни

К_в= К_6р+ К_б + K_V. (16)

Vұнай сақталатын ыдыстардың құны:

К_6р=с_6рГ, (17)

мұнда с_6р- жүк таситын кемелердің бірлік жүк көтергіштігінің құны (с_6р=35...45 у.е./т); Г - қажетті жүк ағынын таситын барлық жүк кемелерінің қосынды жүк көтергіштігі:

Г = G_год/ n_6р, (18)

n_6р - бір кеменің бір жылдағы айналыс саны (рейстері):

n_6р = τ_н /τ_п, (19)

τ_н - навигация мерзімінің ұзақтығы; τ_п - жүк кемесінің айналыс уақыты:

. (20).

Мұнда L_в – су жолы трассасының ұзындығы; l₁, l₂ – ағысқа қарсы және ағыс бағытымен кеменің орташа тәуліктік жүрістері (есептеулерде мысалға: баржалар үшін ағысқа қарсы 95-105, ағыс бағытымен – 190-220 км/тәул, өздігінен жүретін баржалар үшін - 350 км/ тәул. деп алуға болады); τ_в - түсіріп-тиеу уақыты; χ_в – су жолы тасымалының біркелкі емес жұмысының коэффициенті (бос кеменің уақытында берілмеуі, уақытында келмей қалуы себепті, шлюздерден өткен кездегі; χ_в = 1...1,5).

Жүк таситын кемелердің күштік қондырғыларының құны:

К_б=с_бN_б, (21)

бұл жерде с₆ - күштік қондырғының бірлік қуатының құны (1,8...2,6 мың у.е./кВт аралықтарында); N₆ - жүк таситын кемелердің қажетті қуаты:

N₆=р_бГ, (22)

мұндағы р₆ - бір тонна жүкті тасуға кететін қуат (0,06-0,12 кВт/т шамасында).

Жағадағы қажетті сиымдылыққа салынған K_V күрделі қаржы:

K_v=c_pV₀, (23)

мұндағы с_р - бірлік сиымдылықтың құны (с_р=10...20 у.е/м³); V₀ - резервуарлардың практикалық көлемі, ал сәйкес теориялық көлемдері (V≈1,05∙ V₀):

(24)

η_p - сиымдылықтың толу коэффициенті.

3. Құбыр тасымалына салынған К_тр күрделі қаржы оның желілік бөлігіне К_л, сорап стансаларына К_нс және резервуарлардың V_pc_p салынатын күрделі қаржылардың қосындысына тең:

К_тр=К_л+ С_ГНС +(n-l)С_ПНС +V_pc_p. (25)

мұндағы С_ГНС, С_ПНС – бас және аралық сорап стансаларының құны; п - сорап стансаларының жалпы саны; V_p - резервуарлардың қажетті сиымдылығы; с_р -1 м³ орнатылған сиымдылықтың құны. Бас айдау стансасында қойылған сиымдылықтың құны бас сорап стансасының құнына кіргізілген. 1 м³ орнатылған сиымдылықтың құны с_р салыстырмалы технологиялық есептеулерде 20 у.е./м³ деп алуға болады. Магистралды мұнай құбырлары резервуар парктерінің пайдалы көлемі құбыр диаметрі мен ұзындығына тәуелді.

Алымында тұрған шамаларды құбырды салудың әдеттегі жағдайында, ал бөлімдегі шамаларды құбырдың кем дегенде 30%-ы күрделі жағдайларда (батпақты, таулы жерлер) салынғанда пайдалану керек. 1000 км – ден ұзын құбырлар үшін кестедегі мәндерді 1000-нан айырмаға сәйкес мәндермен қосу керек.

Бұл есептеулерде мұнай айдау стансаларының санын білу керек. Сорап стансаларының санын (п) кей жағдайда, алдын-ала шамалап, құбырдың әрбір 100... 150 км ұзындығында бір сорап стансасы болады деген жорамалдан анықтайды. Дәл есептеу үшін гидравликалық есептеулер жасау керек.

Құбырдың желілік бөлігіне салынатын К_л күрделі қаржы төмендегі өрнектен анықталады:

К_л=с_лL_тр, (26)

мұндағы L_тр – құбыр ұзындығы; с_л – құбырдың 1 км желілік бөлігін салуға жұмсалған қаржыға тең. Ол құбыр диаметріне тәуелді.

Құбырөткізгіштер ішкі (өндіріс ішілі, зауыт ішілі, қойма ішілі), жергілікті және магистралды құбырөткізгіштер болып жіктеледі. Жергілікті құбырөткізгіштер мұнай айдау стансасын, мұнай өңдеу зауыттарын теміржол бойындағы мұнай құю пункттерімен, немесе порттағы мұнай құйып алатын кемелермен байланыстырады. Жергілікті құбырөткізгіштердің ұзындығы ондаған километрлерге жетеді. Магистралды құбырөткізгіштер трассада орналасқан мұнай айдау стансалары көмегімен мұнайды жүздеген, мыңдаған километрлерге тасымалдайды. Магистралды құбырөткізгіштер тоқтаусыз жұмыс істейді, олардың тоқтап қалуы опаттармен, немесе жөндеу жұмыстарымен ғана байланысты болады. Олардың ұзындығы елу километрден артық, ал диаметрі 219 мм-ден 1220 мм-ге дейін жетеді. Магистралды құбырөткізгіштер құбыр диаметріне қатысты 4 класқа бөлінеді:

- 1-класс шартты диаметрі 1000мм<D≤1200мм болғанда;

- 2-класс шартты диаметрі 500мм<D≤1000мм болғанда;

- 3-класс шартты диаметрі 300мм<D≤500мм болғанда;

- 4-класс шартты диаметрі D≤300мм болғанда.

Магистралды құбырөткізгіштердің имараттық құрамы мынандай:

- келтіруші құбырөткізгіш (ол арқылы мұнай кен орынында өндірілген мұнайды, не зауыттан шыққан мұнай өнімін бас айдау станса резервуарына айдайды);

- бас мұнай айдау стансасы (мұнда мұнай мен мұнай өнімдерін қабылдау, жинау, сорттау, есептеу және келесі аралық айдау стансасына жіберу жұмыстары жүргізіледі);

- аралық мұнай айдау стансасы (мұнда мұнай мен мұнай өнімдерін келесі айдау стансасына жібереді);

- құбырөткізгіштің соңғы пункті (мұнда резервуар паркі және мұнайды есептеу тораптары бар, онда келген өнімдерді тұтынушыларға таратады, немесе ары қарай транспорттың басқа түрлерімен жібереді);

- құбырөткізгіштің желілік құрылымы.

Желілік құрылымға құбырөткізгіштің өзі, трассадағы сызықтық құдықтар, сызықтық жөндеушілердің үйлері, сызықтық және стансалық байланыс қондырғылары (байланыс үзіліп қалса, айдау бірден тоқтатылады), катодты, протекторлы және дренажды қорғаныс қондырғылары, көмекші құрылымдар жатады. Табиғи-жасанды бөгеттерден (сай- жыра, өзен, жолдар) магистралды құбырөткізгіштер әртүрлі құрылымды өтулер арқылы өтеді. Трассада әрбір 15-20 км сайын сызықтық жөндеушілердің үйлері (олардың міндеті байланыс желілерін қадағалап, жөндеп отыру, құбырөткізгіштерді күзету, катодты, протекторлы және дренажды қорғаныс қондырғыларын бақылау) және опатты – жөндеу пункттері (АВП - аварийно – восстановительные пункты), сол сияқты қажетті жағдайда мұнайды тоқтатуға керек ысырмалар орналасады.

Құбырөткізгіштегі мұнай қысымын тудырып отыратын айдау стансалары төмендегі бөліктерден тұрады.

1. Бас айдау стансасы: онда магистралды және тегеурін сорап цехтері, 2-3 тәуліктік мұнай қоры болатын резервуар паркі, мұнайды есептеу тораптары, қысымды реттеу тораптары, сақтандырғыштары бар тораптар, технологиялық құбырөткізгіш болады;

2. Аралық айдау стансасы; оның бас стансадан айырмашылығы, онда тегеурін сорап цехтері, резервуар паркы және мұнайды есептеу тораптары болмайды.

Егер магистралды құбырөткізгіш 800 километрден ұзын болса, оны ұзындығы 400÷600 км болатын пайдалану бөлімшелеріне бөледі. Пайдалану бөлімшелерінің басында бас айдау стансасына ұқсас (тек резервуар паркының сиымдылығы аздау болады) айдау стансалары орналасады. Магистралды құбырөткізгіштің соңғы пунктінде келген өнімдерді тұтынушыларға таратады, немесе ары қарай транспорттың басқа түрлерімен жібереді, сол сияқты мұнай өнімдерін қайта сорттауы мүмкін және араласып кеткен кездегі қоспаны қалпына келтіреді. Сол себепті мұнда бас айдау стансасындағыдай мұнай өнімдерінің сорттарын жинап-сақтауға қажетті қосымша резервуар паркы болады. Мұнай айдау стансаларының құрамына сонымен бірге электр стансасы, немесе трансформаторлы подстанса, сумен қамтамасыз ету жүйесі, канализация объектілері, қазандық, механикалық шеберхана, мәдени-тұрмыс және тұрғын үй құрылымдары кіреді.

Сораптар мен аралық резервуарларды өзара қосу үлгісіне байланысты құбырөткізгішпен мұнай айдаудың 4 түрлі үлгісі болады:

-станса арқылы (1а-сурет);

-сорап стансасының жалғыз резервуары арқылы (1б-сурет);

-қосылып тұрған резервуары бар (1в-сурет);

-сораптан-сорапқа (1г-сурет).

Мұнай айдаудың станса арқылы үлгісінде мұнайды бір резервуар қабылдап, екіншісі босатып тұрады. Біріншісі толған соң, ол мұнай жібере бастап, екінші резервуар мұнай қабылдайды. Жалғыз резервуары арқылы үлгіде бір резервуар бір мезетте мұнай қабылдап та, босатып та тұрады. Қосылып тұрған резервуары бар үлгіде бір резервуар мұнай қабылдайды да, оны жібереді. Бұл 3 үлгі поршенді сораптарды пайдалану қажеттілігінен шыққан, бұл жағдайда резервуарлар аралық сиымдылық рөлін атқарып, гидравликалық соққыны жоқ етеді. Бірақ булану себебінен мұнай шығыны бар. Сораптан-сорапқа үлгісінде буланудан болатын мұнай шығыны жоқ және алдыңғы стансаның тегеуріні толық пайдаланады. Осы үлгі ортадан тепкіш сораптары бар стансаларда қолданылады.

Бас айдау стансасында мұнай фильтрлер камерасынан өтіп, механикалық қоспадан тазарады. Өлшеу мен есептеу тораптарынан өтіп, коллектормен манифольд (ысырмалар, кері клапандар, фильтр сияқты жабдықтар орналасатын алаңқай, немесе мекенжай) арқылы резервуарлардың біріне тұнуға барады. Одан әрі тегеурін сораптар мұнайды негізгі сораптар желісіне жібереді. Реттегіш клапан тораптарынан соң жоғары қысымдағы мұнай қырғыш жіберу тораптарынан, магистралға айдалады. Аралық сорап стансасында тегеурін сораптар мен резервуар паркы болмайды, бірақ оның қосылу торабында қырғыштар, немесе бөлгіштерді қабылдап-жіберу қондырғылары, сол сияқты айналып өту желілері болады. Бұл желілер арқылы аралық сорап стансасы жұмыс істемеген кезде магистралды құбырөткізгіштің мұнайы өтеді.

Мұнай айдауды қамтамасыз ететін байланыстырушы жүйелердің үлгісін айдау стансасының технологиялық үлгісі деп атайды.

2-суретте бас айдау стансасы бас жоспарының сұлбасы көрсетілген. Мұндағы 1 - өткізбе дәліз; 2 - әкімшілік корпус; 3 - қазандық; 4 - гараж; 5 – жөндеу шеберханасы; 6 - РВС 1000 отын резер­вуарлары; 7 - V=1000 м³ суы бар жерасты т/б резервуарлар; 8- су сораптары; 9 - қоймалар; 10 –электр подстанса; 11 - өрт депосы; 12 – реттегіш қондырғылар алаңқайы; 13 – негізгі сорап цехтері; 14 – сақтандырғыштар бар алаңқайы; 15 – сүзгілер алаңқайы; 16 – есептеу торабы; 17 - тегеурін сорап цехтері; 18 – тазалағыш қондырғылар алаңқайы; 19 - РВС 20000 мұнай өнімдерінің резер­вуарлары

2-сурет. Бас мұнай айдау стансасының бас сұлбасы

Бас айдау стансасында мұнай фильтрлер камерасынан өтіп, механикалық қоспадан тазарады. Өлшеу мен есептеу тораптарынан өтіп, коллектормен манифольд (ысырмалар, кері клапандар, фильтр сияқты жабдықтар орналасатын алаңқай, немесе мекенжай) арқылы резервуарлардың біріне тұнуға барады. Одан әрі тегеурін сораптар мұнайды негізгі сораптар желісіне жібереді. Реттегіш клапан тораптарынан соң жоғары қысымдағы мұнай қырғыш жіберу тораптарынан, магистралға айдалады. Аралық сорап стансасында тегеурін сораптар мен резервуар паркы болмайды, бірақ оның қосылу торабында қырғыштар, немесе бөлгіштерді қабылдап-жіберу қондырғылары, сол сияқты айналып өту желілері болады. Бұл желілер арқылы аралық сорап стансасы жұмыс істемеген кезде магистралды құбырөткізгіштің мұнайы өтеді.

Құбырөткізгіштің желілік құрылымына жататын негізгі бір бөлік - әртүрлі бөгеттерден өтулер (переходы).

Құбырлардың су бөгеттерінен (батпақ, өзен-көлдер) өтулері жерасты (құбыр судың түбі астындағы жерден қазылған скважина арқылы өткізіледі), суасты (құбыр судың түбі арқылы өткізіледі) және жер үсті болып кездеседі. Ал құбырлардың жолдар мен арқалықтардан өтулері жерасты және жер үсті болып кездеседі. Бірақ құбырларды жер үсті арқылы өткізбеуге тырысады. Ірі өзендерден мұнай құбырларының өтулері (дюкерлер) екі және одан да көп жіпті етіп салынады, олардың диаметрлері бір жіп жұмыс істемей қалса, газ өткізу азаймайтындай болып, таңдалу керек. Өтулер үшін ірілеу калибрлі құбырлар алынады. Өтулер көпірге жақын болса, ол өтуді ағыстан төмен, көпірден кем дегенде 30 м жерде салады. Одан басқа бөгеттердің басқадай да ерекшеліктерін ескереді – жағаның орнықтылығы, немесе батпақтануы, т.с.с. Құбыр салғанда, су асты өтулеріндегі су түбінен құбыр үстіне дейінгі қашықтық кеме жүретін өзендерде 80 см-ден, кеме жүрмейтін өзендерде 50 см-ден кем болмау керек. Ені 400 м-ге дейін болатын өзендердегі су өтулерінде параллель мұнай құбырларының арасы диаметрге тәуелді: 529 мм-ге дейінгі құбыр диаметрі үшін ол аралық 30 м-ден кем емес, 620-920 мм аралығындағы құбыр диаметрі үшін ол аралық 40 м-ден, ал диаметрі 920 мм-ден артық құбырларда 50 м-ден кем болмау керек. Бір жіпті өтулерде су жайылатын жерлердегі құбырдың барлық пісірілген жіктері гамма – сәулелі құрал көмегімен тексеріледі (Екі жіпті құбырларда – екі жағаның арасындағы). Өзен арнасының астындағы жерасты өтулеріндегі пісірілген жіктер гидравликалық жолмен тексеріліп, муфта салу арқылы күшейтіліді. Қазіргі кездегі өтулерде көлденең бағытталған бұрғылау әдісі (ГНБ - Горизонтальное направленное бурение, ағыл. Horizontal Directional Drilling) кең қолданыс тапты. Бұл жағдайда алдымен өтудің берілген траекториясы бойымен ұшқыш (пилотное ) бұрғылау жасап алады: арнайы снаряд көмегімен шағын диаметрлі скважина жүргізіледі. Бұрғының басында локатор болады, ол мониторға бұрғының орыны мен жағдайын беріп тұрады. Осы арқылы жер бетінен басқару жүргізіледі. Содан кейін қажетті диаметр алу үшін скважина кеңейткішті (кері әсерлі риммер) жібереді. Ең соңында қазылған скважинаға плеть түрінде алдын ала дайындалған ұзын құбырды сүйреп, енгізіді.

Құбырлардың жыра-сайлар мен арқалықтардан өтулері негізінен, жерасты болады. Тек қана ені шағын (20-30 м-ден көп емес) терең жыралардан жерүсті өтуін жасайды. Құбырлардың батпақтанбайтын, су аз болатын жыра-сайлар мен арқалықтардан жерасты өтулері желілік бөлік сияқты жасалады. Егер жыра-сайлар мен арқалықтар батпақтанатын болса, немесе оларда тұрақты су көздері болса, онда мұнай құбырын күшейтеді, оның барлық жіктерін сәулемен тексеріп, оларды муфтамен қосымша бекітеді. Жерүсті өтулерінде де осылай істейді. Жыра мен сайлар, және арқалықтар арқылы жер үсті өтулерде тұғыр аралықтарын 20 м-ден көп қылмайды.

Магистралды мұнай құбырлары теміржол арқылы өтсе, оны үлкен диаметрлі (құбыр диаметрінен 100-200 мм артық) құбырдан тұратын қорғаушы қаптамамен қорғайды. Қаптаманың екі шеті теміржол үйіндісінен кем дегенде 2 м шығып тұру керек (бірақ шеткі жолдардан 15-25 м алыс тұрмаса да жеткілікті). Қаптаманың шетіндегі құбыр мен қаптаманың бос кеңістігі нығыздағышпен нық жабылып тұру керек. Қазір жолдан өтулерде көбінесе жабық (орсыз өту) әдіс қолданылады. Бұл жағдайда грунттың, немесе құбыр диаметрінің қандай болатыны бәрібір, ал қаптама мен құбырдың арасы резина манжет салынып, нығыздалады. Кей жағдайларда құбырды шағын өзендерден өткізу үшін оны уақытша бөгеп, басқа арнаға бұрады да, ор қазу арқылы өту жүргізеді. Жұмыс біткеннен кейін, өзеннің арнасын бұрынғы қалпына келтірелі.

Негізгі әдебиеттер: 1 нег. [14-20, 101-103] , 2 нег. [8-16, 23-29],

4 нег. [9-45]

Қосымша әдебиеттер: 1 қос. [5-17], 2 қос. [263-282]

Бақылау сұрақтары:

1. Әртүрлі тасымал түрлерінің жақсы жақтары мен кемшіліктері.

2. Мұнай және мұнай өнімдердері тасымалының ең тиімді түрі қалай анықталады?

3. Негізгі және тегеурін сораптар қай стансаларда болады, олардың айырмашылықтары?

ДӘРІС 3. Магистралды құбырөткізгіштің гидравликалық есептеулерінің негізгі формулалары. Құбырөткізгіштің және сорап стансаларының арындық сипаттамасы

Мұнай айдау стансаларының қондырғылары негізгі және көмекші болып екіге бөлінеді. Негізгі қондырғыларға сораптар мен сорап жетектері, ал көмекші қондырғыларға майлау, сумен, электрмен қамтамасыз ету жүйелері, канализация, жылу және желдету сияқты жүйелер жатады.

Мұнай мен мұнай өнімдерін айдау үшін поршенді және ортадан тепкіш сораптар қолданылады. Магистралды құбырөткізгіш сораптарына мынандай талаптар қойылады: жеткілікті үлкен арын мен беріліс, үзіліссіз ұзақ, тиімді және бірқалыпты жұмыс істеу сенімділігі, ықшамдылығы, құрылысының және оған қызмет көрсетуінің қарапайымдылығы. Бұл талаптарды негізінен ортадан тепкіш сораптар қанағаттандыратындықтан, поршенді сораптар өте сирек қолданылады. Ортадан тепкіш сораптардың жұмысы үшін олардың кірісіне тегеурін деп аталатын бастапқы арын (қысым) керек, мұндай арынды бас айдау стансасында тегеурін сораптар тудырады, ал аралық айдау стансасында алдыңғы стансаның қалыңқы арыны осы тегеуріннен кем болмау керек. Негізгі (оларды магистралды деп те айтады) және тегеурін сораптардың берілістері бірдей болу керек. Тегеурін сораптардың сору қабілеті жақсы болады, бірақ олардың тудыратын арыны аз (біліктерінің айналу жиілігі көп емес). Тегеурін сораптарды мүмкін болғанша резервуарларға жақын, төмендеу жерге (мүмкін болса шұңқырға, бұл жағдайларда сорғыш желідегі арынның жоғалуы аз болады) орналастырады. Россия өнекәсібі НМ сериялы сораптарды шығарады, олардың қолдану аумағы: мұнай мен мұнай өнімдерінің ең көп температурасы 353К, кинематикалық тұтқырлығының ең көп мәні 3 см/с², олардағы механикалық қоспалардың ең көп мөлшері 0,05%. НМ сораптары – ортадан тепкіш, бір сатылы, горизонталды және спираль типті сораптар. Жан-жаққа бағытталған патрубоктары корпустың төменгі жағында орналасады, жұмыс дөңгелегі – екі жақ кірісті. НМ сораптарының типтік өлшемі, мысалы НМ 2500-230 мынаны білдіреді: Н-насос, М-магистральный, 2500 – ең тиімді жұмысындағы берілісі (м³/сағ), ал 230-соған сәйкес шығаратын дифференциалды арыны (м). Сорап агрегаттарын әдетте тізбектей қосады. Берілісі 360 м³/сағ-қа дейінгі сораптары бар станса арынын екі тізбектей қосылатын сораптармен, ал 360 м³/сағ-тан артық сораптары бар станса арынын үш тізбектей қосылатын сораптармен жасайды. Тегеурін сораптар ретінде НПМ сериялы сораптарды қолданады. НПМ сораптарының типтік өлшемі, мысалы НПМ 2500-74 мынаны білдіреді: Н-насос, П-подпорный (тегеурін), М-магистральный (кейбір оқулықтарда М-нефтяной, мысалы, 2 нег. [3-115], 4 нег. [67, 77, 78]), 2500 – ең тиімді жұмысындағы берілісі (м³/сағ), ал 74-соған сәйкес шығаратын дифференциалды арыны (м). Кейде тегеурін ретінде НПВ сериялы вертикаль сораптарды да қолданады. Сораптардың жетектері газ турбинді, дизелді және электр двигателді (ең кеңінен қолданылады) болады. Сораптар тізбектей де, паралель де жалғанады. Әдетте сорап стансасында 3 сорап тізбектей қосылады.

Айдау стансалары мен сораптарды сипаттағанда жұмыс қысымының орнына арын ұғымын қолданады. Мұнай мен мұнай өнімдерінің қысымы құбырөткізгіш бойында үздіксіз азайып отырады (негізіне кедергі әсерінен, сол сияқты биіктік өзгеруінен). Тік орналасқан құбырөткізгіш бойымен қысымның әсерінен сұйықтың көтерілу биіктігі арын деп аталады (немесе пьезометрдегі), ол Н, немесе h әрпімен белгіленеді:

, (27)

мұндағы P - қысым, ρ- мұнай, немесе мұнай өнімдерінің тығыздығы, g=9,81м/с², [h]=м, [P]=МПа, Па, атм (1МПа≈10атм), [ρ]=кг/м³. Арынды метр арқылы өлшенген қысым деп санауға болады. Қысымды арын арқылы беру есептің ыңғайлы шығуына және көрнекі болуына көмектеседі.

Құбырөткізгіштің көлденең қимасы арқылы бірлік уақыт ішінде өтетін сұйық массасы сұйықтың массалық шығыны G деп аталады. Өлшем бірлігі [G]= кг/с. Құбырөткізгіштің көлденең қимасы арқылы бірлік уақыт ішінде өтетін сұйықтың көлемін сұйықтың көлемдік шығыны Q деп аталады (немесе оның өткізу қабілеті деп). Сұйықтың массалық және көлемдік шығыны құбырөткізгіштің барлық бойында тұрақты шама болады. СИ жүйесі үшін [Q]=м³ /с. Практикада сағаттық Q_ч көлемдік шығынды да жиі қолданады. Оның өлшем бірлігі [Q_ч] = м³ /сағ. Массалық және көлемдік шығындардың арасындағы байланыс:

, (28)

мұндағы ρ- сұйық тығыздығы.

Бірлік уақыт ішінде сорап айдаған сұйықтың көлемін Q сораптың берілісі деп атайды. Сораптың берілісі және одан шығып тұрған құбырөткізгіштегі шығын бірдей шамалар. Құбырөткізгіштегі сұйық шығынын көбінесе оның өткізу қабілеті, кейде оның өнімділігі деп те айтады. Сонда шығын деп –сұйыққа, беріліс деп – сорапқа, ал өткізу қабілеті деп – құбырға қатысты терминдерді алады.

Сораптың берілісі көбейген сайын оның тудыратын арыны азаятындығы түсінікті. Сорап (i-сорап) тудыратын арынның оның берілісіне тәуелділігі сораптың арындық (жұмыстық) сипаттамасы деп аталады:

H_i= H_i (Q). (29)

Сорап стансасының арындық (жұмыстық) сипаттамасы да тура осы сияқты анықталады. Ол сипаттама стансадағы сораптардың арындық сипаттамаларымен және сораптардың қосылу әдісімен анықталады. Егер стансадағы бірнеше сорап тізбектей жалғанса, онда олардың шығаратын арындары қосылады (мысалы 3 сорап үшін): H_ст(Q)= H₁ (Q)+ H₂ (Q)+ H₃ (Q). Сораптар бірдей болса, онда H_ст(Q)= 3H₁ (Q). Егер стансаның берілісін көбейту керек болса, онда бірнеше сорапты паралель қосады. Бұл жағдайда (мысалы 3 сорап үшін): H_ст(Q)= H₁ (Q₁) = H₂ (Q₂) = H₃ (Q₃) және Q= Q₁+Q₂+Q₃. Сораптар бірдей болса, онда Q= 3Q₁ және H_ст(Q)= H₁ (Q / 3). Сол сияқты п – бірдей сорап тізбектей жалғанса, онда H_ст(Q)= пH₁ (Q), ал паралель жалғанса, онда H_ст(Q)= H₁ (Q /п). Жалпы жағдайларда сорап стансасының арындық сипаттамасын графиктік, немесе аналитикалық әдіспен табады. Құбырөткізгіштегі барлық стансалардың қосынды сипаттамалары жеке стансалардың арындарын қосу арқылы анықталады. Сораптың арындық сипаттамасы әдетте график түрінде, немесе өрнек түрінде беріледі. Ортадан тепкіш сораптардың арындық сипаттамасы арнайы каталогтарда болады. Онда арынның (Н), қуаттың (N), п.ә.к. (η) және рұқсат етілген кавитациялық қордың (Δh_доп) беріліске (Q) тәуелділігі беріледі.

Бұл каталогтар болмаған жағдайда төмендегі жуықтатылған аналитикалық тәуелділіктерді қолданады:

H=H₀+aQ-bQ², (30)

(31)

η_н =с₀+с₁Q+c₂Q². (32)

мұндағы Н, Δh_доп, η_н - Q берілістегі арын (м³/сағ өлшеміндегі), қуат, п.ә.к. және рұқсат етілген кавитациялық қор; H₀, a, b, a₀, b₀, с₀, с₁, c₂ - эмпири­калық коэффициенттер;

(30) - ( 32) формулалардағы параметр өлшем бірліктері: [Н]=м; [η]=өлшемсіз; [Δh_доп]=м; [Q]=м³/сағ.

НМ сораптары үшін (30) - арындық сипаттама мына түрде болады:

H=H₀ - bQ², (45)

Қарапайым мысал қарастырайық.

НМ 1250-230 сораптарының екеуі бір жағдайда тізбектей жалғансын, ал екінші жағдайда паралель жалғансын. Бұл сорап үшін a =271м, b=4,39·10^-5сағ²·м^-5. Сонда Q=1000 м³ /сағ беріліс үшін H_ст(Q)=2·(271-4,39·10^-5·1000²) =454,2м (тізбектей жалғанса) және H_ст(Q)= =271-4,39·10^-5·500² =282,0м (паралель жалғанса). Ал Q=2000 м³ /сағ беріліс үшін H_ст(Q)=2·(271-4,39·10^-5·2000²) =190,8м (тізбектей жалғанса) және H_ст(Q)= 271 - 4,39·10^-5·1000² =227,1 м (екі сорап паралель жалғанса). Яғни Q=1000 м³/сағ беріліс үшін бұл екі сорапты тізбектей жалғау керек (454,2>282,0), ал Q=2000 м³ /сағ беріліс үшін - паралель жалғау керек екен (190,8<227,1).

Сорап маркасы сағаттық Q_ч.ср көлемдік шығынның орташа мәні бойынша таңдалады, ол сораптың ең тиімді жұмысына сәйкес Q_ном берілісі үшін мынандай шарт орындалуы керек::

0,8Q_ном ≤ Q_ч.ср ≤ 1,5Q_ном, (46)

мұндағы Q_ном – таңдалған сораптың номиналды берілісі (мысалы НМ 2500-230 сорап үшін номиналды беріліс Q_ном =2500 м³/сағ, сонда: 2000≤ Q_ч.ср ≤ 3000 шарт орындалу керек; бұл жерде 2000=0,8∙2500 және 3000=1,2∙2500).

Q_ч берілістегі магистралды сорап арыны h_мн=H₀-bQ_ч² болады. Осы берілістегі тегеурін сорап арыны H₂=H₀₂-b₂Q_ч², ол арын (31)-ден табылған рұқсат етілген кавитациялық қордан кем болмау керек. Әдетте тегеурін сорапты таңдағанда оның номиналды берілісін магистралды сораптың номиналды берілісіне тең болатындай етіп, таңдайды. Бұл жағдайда тегеурін кавитациялық қордан автоматты түрде кем болмай шығады.

Құбырөткізгіштегі арынның өзгеру заңдылығын ондағы сұйық ағынының қалыптасқан қозғалысының теңдеуін шешу арқылы табады, оның шешімі:

(47)

мұндағы L - құбырөткізгіштің ұзындығы, D - оның құбырының ішкі диаметрі, w- ағын жылдамдығы, λ – гидравликалық кедергі коэффициенті, P₁, z₁ және P₂, z₂ - құбырөткізгіштің бастапқы және соңғы пункттеріндегі қысым мен нивелирлік биіктіктерінің мәндері. Сонда - бастапқы арын, - соңғы арын болады.

- (48)

- құбырөткізгіштегі арынның азаю мөлшері, оны құбырөткізгіштегі арынның толық жоғалуы деп атайды. (47) - өрнек бойынша арынның толық жоғалуы екі қосындыдан тұрады:

(49)

Біріншісі - бастапқы және соңғы биіктіктердің айырмасы. Екіншісін:

- (50)

арынның кедергілерде жоғалуы. (50)-формула Дарси-Вейсбах формуласы деп аталады. Сонда

, (51)

яғни құбырөткізгіштегі арынның толық жоғалуы кедергілерде жоғалатын арын мен сұйықты биікке көтеруге кететін арыннан тұрады.

Үйкелістен болатын гидравликалық кедергі коэффициенті λ ағын режиміне байланысты табылады. Оны табу үшін алдымен сұйық ағынының құбырдағы орташа жылдамдығын есептейді:

. (50)

Бұл жылдамдық Рейнольдс санын анықтайды:

, (51)

мұндағы ν - сұйықтың кинематикалық тұтқырлығы, ол динамикалық тұтқырлықпен байланысты:

. (52)

Егер Re≤2320 болса, ағын ламинарлы, ал Re>2320 болса, ағын турбулентті.

Ламинарлы ағын үшін Стокс заңы орын алады:

. (53)

Турбулентті ағын тәртібі 3 аумаққа бөлінеді, соған сәйкес гидравликалық кедергі коэффициенті 3 түрлі өрнекпен анықталады. Кедергі аумақтарының шекарасы Рейнольдстың өтпелі сандарымен анықталады:

. (54)

мұндағы k_э- құбырдың ішкі бетінің абсолют эквивалент кедір-бұдырлығы. Оның жуық мәндері мынандай: жігі жоқ таза болат құбыр үшін k_э=0,014мм; пісірілген болат құбыр үшін: жаңа болса-0,05мм, бірнеше жылдан соң-0,20мм, тазаланғаннан соң-0,15мм, сәл тоттанған-0,5мм, тоттанған ескі-1мм, әбден тоттанған-3мм.

Егер 2320<Re<Re_I болса, онда гидравликалық кедергі коэффициенті Блазиус формуласымен анықталады ( болғанда):

. (55)

Егер Re_I ≤ Re < Re_II болса, онда гидравликалық кедергі коэффициенті Альтшуль формуласымен анықталады:

. (56)

Егер Re≥ Re_II болса, онда гидравликалық кедергі коэффициенті Шифринсон формуласымен анықталады ( ):

. (57)

Турбулентті ағын тәртібінің 3 аумаққа бөлінетін себебі мынада. Құбырөткізгішпен сұйық жүрген кезде турбулентті ағындағы сұйық арыны (қысымы) негізінен екі түрлі себептен азаяды: ағынның әртүрлі қабаттары бірдей жылдамдықпен қозғалмайды және ағынға құбыр қабырғасының кедір-бұдырлығы бөгет жасайды. Осы екі себеп турбулентті ағын режимін анықтайды және оны 3 аумаққа бөледі. 1-аумақ гидравликалық тегіс құбыр аумағы (кедергі 1-себептен болады, Блазиус формуласы), 2-аумақ аралас аумақ (кедергіге екі себеп бірдей әсер етеді, Альтшуль формуласы) және 3-аумақ кедергінің квадраттық заңы аумағы (кедергі 2-себептен болады, Шифринсон формуласы).

1-кесте. Лейбензон коэффициенттері.

Re	m	A	β
Re ≤ 2320	1	64	4,15
2320< Re ≤ ReI	0,25	0,3164	0,0246
ReI ≤ Re < ReII	0,123	0,236	0,0802А
Re≥ ReII	0	λ	0,0827 λ

Осы үш формуланы жуық түрде былай жазуға болады:

. (58)

Бұл формула Лейбензон формуласы, ал А және т – Лейбензон коэффициенттері деп аталады. Лейбензон коэффициенттері 1 – кестеде берілген.

Сонда арынның кедергілерде жоғалуын (50), (51) және (58) формулаларды ескере отырып, төмендегідей түрде табуға болады:

Және бірдей мүшелерді біріктіре отырып, табамыз:

. (59)

бұл Лейбензонның жалпыланған формуласы, мұндағы

. (60)

Лейбензонның жалпыланған формуласының ыңғайлылығы оның көрнектілігі (арынның кедергілерде жоғалуы шығынға, тұтқырлыққа, құбыр диаметрі мен ұзындығына қалай тәуелді екендігін бірден көрсетеді) мен математикалық есептеулерге оңай қолданылатындығында (түрі 3 аумақта да бірдей).

Трассаның сығылған профиліндегі (тік масштаб көлденең масштабтан көп кіші болғанда) құбырөткізгіштің бастапқы және соңғы пункттеріне Н₁ және Н₂ арындарды тік масштабқа салып, олардың ұштарын кесіндімен қосса, онда шыққан кесінді гидравликалық ылди сызығы деп аталады. Гидравликалық ылди сызығы құбырөткізгіш бойындағы арынның қалай азаятындығын көрсетеді. (3-сурет). Мысалы, М-нүктесіндегі арын Н_М< Н₁, яғни бұл нүктедегі қысым P_М=ρgН_М. Гидравликалық ылди сызығының α көлбеулік бұрышының тангенсін гидравликалық ылди (i) деп атайды: i =tg α. 3-суреттен тангенсті табамыз:

. (61).

Демек, гидравликалық ылди кедергілерде жоғалған арынның құбырөткізгіш ұзындығына қатынасына тең, басқаша айтсақ, құбырөткізгіштің бірлік ұзындығындағы кедергіде жоғалатын арын.

Дарси-Вейсбаха формула бойынша гидравликалық ылди мынаған тең:

, (62)

Лейбензонның жалпыланған формуласы бойынша:

, (63)

немесе

, (64)

мұндағы . Бұл формула гидравликалық ылдидың шығынға тәуелділіген көрнекі түрде көрсетеді.

4 - сурет. Құбырдың әртүрлі жеріндегі гидравликалық ылди

Сонда құбырөткізгіштегі арынның кедергілердегі жоғалуы және арынның толық жоғалуы мынаған тең болады:

и . (65)

Гидравликалық ылди құбырдың әр жерінде әртүрлі болуы мүмкін. Оның себебі құбыр диаметрінің, немесе ыстық айдау кезіндегі мұнай тұтқырлығының құбырдың әр жерінде әртүрлі болуынан (4 - сурет).

Барлық стансалардағы негізгі және тегеурін сораптар тудыратын жалпы арынның олардың берілісіне (құбырдың өткізу қабілетіне) тәуелділігі сорап стансаларының арындық (жұмыстық) сипаттамасы деп аталады. Сорап стансаларының арындық (жұмыстық) сипаттамасы аналитикалық түрде былай алынады. Кез-келген Q_ч берілістегі негізгі (магистралдық) және тегеурін сораптар тудыратын арындар мынандай:

, , (66)

мұндағы H₀ и b – магистралдық, H₀₂ и b₂ - тегеурін сораптар параметрлері (кестеден алынады). Сонда Q_ч берілістегі негізгі және тегеурін сораптар тудыратын жалпы арын:

H_нпс(m_н, Q_ч)= m_нh_мн(Q_ч)+ п_э H₂(Q_ч). (67)

Мұндағы m_н - негізгі (магистралдық) сораптар саны, п_э - тегеурін сораптар саны. Егер барлық стансалар саны п болса, онда негізгі (магистралдық) сораптар саны төмендегідей мәндерде болуы мүмкін: m_н=3п (барлық стансалардың әрқайсысында 3 негізгі сорап жұмыс істеп тұрса), m_н=3п-1 (барлық стансалардың әрқайсысында 3 негізгі сорап, тек соңғы стансада ғана 2 сорап жұмыс істеп тұрса) и m_н=3п-2 (барлық стансалардың әрқайсысында 3 негізгі сорап, тек соңғы екі стансада ғана 2 сораптан жұмыс істеп тұрса). Тегеурін сораптар пайдалану бөлімшелерінің бас пункттерінде тұрады, осы себепті олардың саны пайдалану п_э бөлімшелерінің санына тең болады. (65) және (66) тәуелділіктер сорап стансаларының арындық (жұмыстық) сипаттамасының аналитикалық түрі.

Құбырөткізгіштің арындық сипаттамасы деп құбырөткізгіштегі арынның толық жоғалуының (жергілікті кедергілерді және пайдалану бөлімшелерінің соңғы пункттерінде тұратын резервуарларға мұнайды құйған кездегі арын шығындарын қоса есептеген жағдайдағы) оның өткізу қабілетіне тәуелділігін айтады. Сонда сорап стансалар үшін арындық сипаттама олар шығарып тұрған арынның, ал құбырөткізгіш үшін, керісінше сонда жоғалатын арынның өткізу қабілетіне тәуелділігі болады.

Құбырөткізгіштің арындық (жұмыстық) сипаттамасы аналитикалық түрде Лейбензонның жалпыланған формуласын қолданған жағдайда ғана алынады. Егер Н_кп - пайдалану бөлімшелерінің соңғы пунктіндегі қалыңқы арын болса (ол арын өнімді резервуарларға құю үшін жұмсалады), онда

, (68)

мұндағы , ; 1,02 коэффициенті арынның жергілікті кедергілерде (құбырөткізгіштің тармақтарында, ысырмаларда, т.с.с.) жоғалуын ескереді.

Жалпы алғанда жуықталған формула болдғандықтан, Лейбензонның жалпыланған формуласы практикалық есептерді шешу үшін сирек қолданылады. Егер Дарси-Вейсбах және турбуленттік үш аумақтағы формулаларды пайдалансақ, онда құбырөткізгіштің арындық (жұмыстық) сипаттамасы аналитикалық түрде алынбайды. Ол сипаттаманы кесте, немесе график түрінде ғана алу мүмкін болады. Осындай сипаттаманы алу төмендегі алгоритм түрінде жүргізіледі. Берілістің Q_ч.ср айналасындағы бірнеше мәндерінде ( мысалы Q_ч.ср =1330 м³ /сағ болса, онда Q_ч =1200,1300,1400,1500 м³ /сағ мәндері үшін) құбырөткізгіштегі арынның толық жоғалуын табамыз.. Мысалы Q_ч =1200 м³ /сағ мәнін аламыз. Табамыз:

1. - көлемдік секундтық шығын мәні;

2. - Рейнольдс саны;

3. - Рейнольдстың өтпелі сандары; мысал есеп шығарғанда k_э=0,2мм деп алуға болады;

4. Егер 2320<Re<Re_I, онда ,

Егер Re_I ≤ Re < Re_II, то ,

Егер Re≥ Re_II, онда - гидравликалық кедергі коэффициенті;

5. - Дарси-Вейсбах формуласы арқылы табылған арынның кедергілерде жоғалуы;

6. - Q_ч берілістегі құбырөткізгіштегі арынның толық жоғалуы.

Ары қарай, әрбір Q_ч мәні үшін осы формулаларды қолданамыз. Алынған нәтижелерді H=H(Q_ч) түрінде кестеге түсіріп, милиметрлік қағазға H= H(Q_ч) графигін саламыз. Бұл құбырөткізгіштің арындық сипаттамасы.

Келесі кезекте жоғарыдағы Q_ч мәндерінің әрқайсысы үшін (66)-формуланың көмегімен негізгі және тегеурін сораптардың шығаратын арындарын, сосын (67)-формуланың көмегімен п_н= 3п-2, 3п-1, 3п магистраль сораптары жұмыс істеген кездегі барлық стансаның шығаратын жалпы арындарын табамыз да, оларды да H_нпс=H_нпс(m_н, Q_ч) түрінде кестеге түсіріп, милиметрлік қағазға алынатын 3 графикті саламыз саламыз. Бұл сорап стансаларының арындық сипаттамасы. Құбырөткізгіштің және сорап стансаларының арындық сипаттамалары бірге салынса, онда біріктірілген сипаттама шығады (5- сурет). Құбырөткізгіштің және сорап стансаларының арындық сипаттамалары үш нүктеде (Q_ч1, Q_ч2, Q_ч3) қиылысады. Бұл нүктелер стансаларда 3п-2, 3п-1, 3п магистралды сорап жұмыс істеген кездегі құбырөткізгіштің өткізгіштік қабілетін көрсетеді.

Орташа Q_ч.ср мәніне ең жақын тұрған Q_чi≥ Q_ч.ср (i=1,2,3) нүктесі жұмыс нүктесі (Q_р) ретінде алынады. Яғни құбырөткізгіш сағатына осындай өнімділікпен жұмыс істейтін болады (суретте көрсетілген жағдайда Q_р = Q_ч2, ал магистралды сорап саны 3п-1). Яғни жұмыс нүктесі дегеніміз құбырдағы жоғалған арын стансалар тудыратын арынға дәл тең келетін мұнай шығыны: құбырға мұнай шығыны одан аз берілсе, соңғы пунктте қалыңқы арыннан көп, қажетсіз арыны бар мұнай жетеді, ал – көп берілсе, мұнай соңғы пунктке жете алмай қалады. Жұмыс нүктесі Q_р станса саны п –ың бүтін мәніндегі мына теңдеудің шешімі:

H_нпс(3п, Q_р)=H(Q_р), (69)

Бұл трансцендент теңдеу, ол графиктік әдіспен, немесе компьютер көмегімен шешіледі. Ондай мүмкіндік болмаса, онда ол нүктелерді жуықтап есептеп те табуға болады. Егер графикке қарасақ, сипаттамалар түзуге өте жақын екендігін байқауға болады. Сонда жұмыс нүктесі екі түзудің қиылысу нүктесі болады. Егер екі Q_ч1 және Q_ч2 нүктелерде H(Q_ч) және H_НПС(п_мн, Q_ч) функцияларының мәндер белгілі болса: H₁=H(Q_ч1), H₂=H(Q_ч2), H_НПС1= H_НПС(п_мн, Q_ч1), H_НПС2= H_НПС(п_мн, Q_ч2), онда осы екі түздің қиылысу нүктесі (жұмыс нүктесі) былай табылады. Яғни:

- Q_ч.ср айналасындағы берілістің Q_ч1 және Q_ч2 екі мәнін Q_ч1 ≤ Q_ч.ср және Q_ч2≥Q_ч.ср болатындай аламыз (мысалы: Q_ч.ср=1330 м³/сағ болса, онда Q_ч1=1300 м³/сағ және Q_ч2=1400 м³/сағ).

- табамыз: H₁= H(Q_р1), H₂= H(Q_р2), H_нпс1=H_нпс(m_н, Q_р1) және H_нпс2=H_нпс(m_н, Q_р2). Сонда

. (70)

Лейбензонның жалпыланған формуласын қолдансақ, онда (69) – теңдеу мынандай сызықтық емес теңдеу түріне келеді:

, (71)

мұндағы

Қарастырылған формулаларға бастапқы және соңғы пункттердің биіктіктерінің айырмасы ғана кіріп тұр, ал профиль туралы, аралық нүктелердің биіктіктері туралы еш мәлімет жоқ. Сондықтан есептеулер аралық нүктелердің ерекшеліктерін ескермейді. Соңғы пунктке мұнай өздігінен ағып келе алатын трассадағы биік жер асу нүктесі деп аталады. Ондай нүктелер бірнешеу болуы мүмкін. Бастапқы пункттің және соған ең жақын асу нүктесінің ара қашықтығы құбырөткізгіштің есептік ұзындығы деп аталады. Гидравликалық есептеулерде құбырөткізгіштің ұзындығы ретінде осы есептік ұзындықты, ал ретінде бастапқы пункттің және соған ең жақын π асу нүктесі биіктіктерінің айырмасын алады (6-сурет). Асу нүктесін табу үшін гидравликалық ылди сызығын профилді тек бір ғана нүктеде қиып өтетіндей етіп, жоғары қарай өзіне-өзін паралель жылжытамыз. Сонда табылған қию нүктесі π асу нүктесі болады.

6-сурет. Асу нүктесі

7 - суретте көрінгендей, π және С нүктелерінің биіктік айырмасы (πN) кедергіде жоғалатын арыннан (πK) көп, осы себепті сұйық жылдамдығы π-С нүктелері арасында артады.

Жылдамдық артса, ағынның қима ауданы азайып, құбыр қимасы ауданынан аз болып кетеді, соның нәтижесінде құбырөткізгіште сұйық жоқ бос кеңістік пайда болады. Ол кеңістік сұйық буымен, еріген газдармен толып, ағынға бөгет жасай бастайды. Бұл құбылысты болдырмау үшін В-соңғы пункттегі қалыңқы арынды көбейту керек (көп жағдайда қосымша арын шамасын 10 м деп алады). Жалпы жағдайда асу нүктесі аралық пункттердің ортасында болуы да мүкін.

Негізгі әдебиеттер: 1 нег. [111-116], 2 нег. [59-61], 3 нег. [66-71],

4 нег. [57-130, 143-183]

Қосымша әдебиеттер: 2 қос. [321-326], 4 қос. [20-24]

Бақылау сұрақтары:

1. НМ сорабының типтік өлшемі, мысалы НМ 2500-230 нені көрсетеді?

2. Сораптың арындық (жұмыстық) сипаттамасы деп не аталады?

3. Турбулентті ағын тәртібінің 3 аумаққа бөлінетін себебі неде?

ДӘРІС 4. Магистралды мұнай құбырының технологиялық есебі. Құбырөткізгіштің өткізу қабілетін арттыру әдістері

Мұнай құбырын жобалау есебінің алғышартына жылына тасылатын мұнай, немесе мұнай өнімінің массасы (G_год), трассаның ұзындығы (L_тр), мұнай, немесе мұнай өнімдерінің физикалық-химиялық қасиеттері (жұмыстық температурадағы тығыздығы мен тұтқырлығы), трассаның сығылған кескіні, трассаның бастапқы және соңғы нивелирлік биіктіктерінің айырмасы (Δz), ұсынылатын сораптардың арындық сипаттамалары, сорап стансалары мен құбырлардың қаржылық параметрлері жатады. Осы алғышарттарды біле отырып, сорап стансаларының санын және олардың трассада орналасу нүктелерін, құбырөткізгіш құбырының ішкі және сыртқы диаметрлерін, құбырөткізгіштің нақты өткізу қабілетін табуға болады.

Бірінші кезекте мұнай құбырының жылдық, тәуліктік, сағаттық және секундтық көлемдік орташа өткізу қабілеттері табалады:

. (72)

Бұл өрнектегі ρ – жұмыс температурасындағы өнім тығыздығы, Т_р - жылына мұнай құбырымен тасылатын өнім мөлшері арқылы арнайы кестемен анықталатын бір жылдағы жұмыс күндері (егер мәліметтер болмаса, Т_р=350 тәулік деп алынады). Екінші кезекте мұнай құбырының ұзындығы L_тр және бір жылда тасылатын өнім мөлшері G_год арқылы арнайы кестемен анықталатын мұнай құбырының қатар тұрған үш түрлі сыртқы диаметрі таңдалады.

Диаметрдің әрқайсысы үшін тасымалдауға кететін келтірілген шығын есептеліп, ең аз келтірілген шығыны бар диаметр мұнай құбырының сыртқы диаметрі D_н ретінде алынады.

Үшінші кезекте сағаттық Q_ч.ср көлемдік шығынның орташа мәні бойынша негізгі сорап маркасы таңдалады, ол сораптың ең тиімді жұмысына сәйкес Q_ном берілісі үшін мынандай шарт орындалуы керек:

0,8Q_ном ≤ Q_ч.ср ≤ 1,5Q_ном. (73)

Егер бұл шарт екі түрлі сорап үшін орындалса, онда есептеулер екі нұсқада (екі түрлі сорапқа сәйкес) жүргізіледі де, тиімді нәтиже бергені таңдалады.

Тегеурін сорап маркасы да осылай таңдалады. Бұл жағдайда - тегеурін, магистраль сораптың қавитациясыз жұмыс істеу шартын қанағаттандыру керек:

≥ Δh_доп. (74)

Q_ч.ср көлемдік шығынның орташа мәніндегі магистралды сорап мынандай болады: .

Ең үлкен жұмыс қысымы бас стансаның шығысында болады және ол мынандай:

Р=ρg[3 + ], (75)

әдетте әр стансада үш негізгі сорап тізбектей қосылады деп қабылданады. Бекіткіш арматураның беріктік шарты бойынша

Р ≤ Р_арм . (76)

Егер осы шарт орындалмаса, онда сораптың басқасын таңдау керек (немесе диаметрі аз болатын ауытырмалы роторларды пайдалану керек), болмаса стансадағы магистралды сораптардың санын азайту керек. (75)-шартты қанағаттандыратын жұмыс қысымы бар сорап таңдалған соң, осы қысымға шыдайтын құбырөткізгіш қабырғасының қалыңдығы анықталады:

, (77)

мұндағы D_н -құбырөткізгіштің сыртқы диаметрі, п- жүктеме бойынша сенімділік коэффициенті («сораптан-сорапқа» жүйесіндегі құбырөткізгіш үшін п =1,15, ал басқа жағдайда п =1,1), R₁ - металдың созылу-сығылуға есептік кедергісі:

; (78)

R_н1=σ_в - нормалық кедергі, k₁- материал бойынша сенімділік коэффициенті, әдетте k₁=1,34÷1,55, k_н - құбырөткізгіштің қызметі бойынша сенімділік коэффициенті (k_н=1, егер D_н<1020мм және k_н=1,05, егер D_н>1000мм). m - құбырөткізгіштің жұмыс жағдайының коэффициенті. Магистралды құбырөткізгіштер қызметі мен құбыр диаметріне қатысты 5 категорияға бөлінеді: В, I, II, III және IV, осы категорияларға байланысты m мәні: m=0,6 В - категориясы үшін; m=0,75 I және II - категориялары үшін; m=0,9 сызықтық бөлімшелер мен III және IV - категориялары үшін.

Құбыр қабырғасының қалыңдығын (77)-көмегімен есептеп, нәтижені жақын үлкен стандарт мәнге дейін жуықтайды. Құбырдың ішкі диаметрі мына формуламен табылады:

D =D_н-2δ. (79)

Келесі кезекте 6 –дәрісте келтірілген алгоритм көмегімен Q_ч.ср мәніндегі құбырөткізгіштегі арынның толық жоғалуын табамыз:

; ; ; егер 2320<Re<Re_I, онда ,

егер Re_I ≤ Re < Re_II, онда , егер Re≥ Re_II, онда ;

; .

Барлық стансаның жалпы арын

H_нпс=nH _ст+ п_э H₂, (80)

мұндағы H _ст=3 - бір стансаның арыны.

Арындар балансы бойынша құбырөткізгіштегі арынның толық жоғалуы (H) және барлық стансаның жалпы арыны (H_нс) өзара тең:

H_нпс=H, (81)

немесе nH _ст+ п_э H₂= H. Осыдан НПС саны

. (82)

Әдетте сорап стансаларының саны бөлшек болып шығады. Оны n бүтінге дейін жуықтайды. Жуықтау екі түрлі болуы мүмкін. Алдымен үлкен жағына жуықтағандағы (n > n₀) құбырөткізгіштің нақты өткізу қабілетін есептейік. Ол үшін құбырөткізгіштің және сорап стансаларының арындық сипаттамаларын (5-сурет) салып, құбырдың Q_р жұмыс нүктесін табамыз.

Құбырөткізгіштің нақты жылдық өткізу қабілеті сонда мынандай болады:

. (83)

Егер сорап стансаларының бөлшек санын аз жағына жуықтасақ (n<n₀), онда есептеу тәртібі тура осы сияқты болады. Тек қана сорап стансаларының арындық сипаттамасын салғанда п_нс= 3п магистраль сорап бар деп алынады. Құбырөткізгіштің және сорап стансаларының арындық сипаттамалары бұл жағдайда бір нүктеде (Q_р = Q_ч) қиылысады және ол нүкте жұмыс нүктесі болады. Бұл жағдайда магистралды сораптар саны барлық стансаларда бірдей.

Екі жағдайда да құбырөткізгіштің нақты өткізу қабілеті жобадағы шамадан басқа болып шығады. Егер ол шама тапсырма берушіні қанағаттандырса, табылған вариант қабылданады. Егер ол шама тапсырма берушіні қанағаттандырмаса, онда қосымша есептеулер жүргізілу керек. Табылған вариант қабылданған жағдайда магистралды сораптарды стансаларға таратып орналастырамыз. Біріншіден сораптардың көп санын трассаның бас жағындағы стансаларда орналастырамыз, екіншіден соңғы аралықтардың ұзындығы мүмкін болса, бірдей болулары керек. Сонда, мысалы 13 сорапты 3-3-3-2-2 тәртіппен, ал 14 сорапты 3-3-3-3-2 тәртіппен таратады. Ал әрбір i сорап стансасының шығаратын арыны осы тәртіпке байланысты табылады:

H _ст.1 =3h_мн, H _ст.2 =2h_мн, (84)

мұндағы h_мн= - Q_р берілістегі негізгі (магистралды) сораптың арыны; 3, немесе 2 – қарастыратын стансадағы негізгі (магистралды) сораптардың саны. Q_р берілістегі тегеурін сораптың арыны H₂=a₂-b₂·Q_р². Қалыңқы арын Н_кп соңғы пунктте беріледі.

Енді сорап стансаларының өздерін құбырөткізгіш трассасына орналастырамыз. Алдымен Q=Q_р/3600 мәні үшін (жұмыс нүктесі үшін!) 6-дәрістегі алгоритм көмегімен ағын жылдамдығы мен гидравликалық кедергі коэффициентін табамыз. Сосын жергілікті кедергілерді ескергендегі i_м гидравликалық ылдидың мәнін анықтаймыз:

. (85)

Гидравликалық ылди сызығын табу үшін құбырөткізгіш горизонталь трассада орналасқан кездегі 1-стансаның орынын есептейміз: . Сонда және ылди сызығының катеттері болады. Сорап стансаларын сығылған кескінде орналастыру 9-суретте көрсетілген (Шуховтың графиктік әдісі). Алдымен М₁-пунктінен арын тұрғызып, оның үшінен ылди сызығын ( , ) жүргіземіз (басқа гидравликалық ылди сызығықтары осы ылди сызығына паралель болады). Бұл сызық сығылған кескінді М₂ – нүктесінде қиып өтеді, осы нүктеге 2-стансаны орналастырамыз. 2-пунктте тегеурін сақталып қалады. Енді М₂-пунктінен арын тұрғызып, оның үшінен ылди сызығын бастапқы сызыққа паралель салсақ, оның кескінмен қиылысы М₃-пунктті табады, т.с.с. М₁ және М₄-пункттері пайдалану бөлімшелерінің басы, оларда тегеурін сораптар бар. М₄ және М_n+1 -пункттері пайдалану бөлімшелерінің аяғы, оларда қалыңқы арын Н_кп қалады да, ол арын резервуарға мұнай айдағаннан соң, жоғалады.

Сорап стансаларын Шухов әдісімен сығылған кескінде орналастыру графиктік жолмен істеледі, ол жобалаушыдан жоғарғы дәлдікті талап етеді. Біз осы мақсатқа аналитикалық- графиктік әдісті ұсынамыз (10-сурет; әрбір стансада 3 сораптан, соңғысында 2 сорап бар жағдай кескінделген). Ол әдісте орналастыру алдымен тегіс (горизонтал) кескінде жасалады, стансалардың өзара ара қашықтығы алдын-ала белгілі, - үш сорапты стансадан кейінгі, немесе - екі сорапты стансадан кейінгі ара қашықтықтар. Егер пайдалану бөлімшесінің бастапқы пунктінен табылған стансаға дейінгі қашықтық 400 км-ден асып кетсе, ол станса келесі бөлімшенің бастапқы пункті болады. Бұл жағдайда ол станса қосымша қашықтыққа алыстау қойылады. Стансалардың нақты орындары сонда тіпті оңай табылды: әрбір тегістегі стансаға келетін гидравликалық ылди сызықтары кескінді стансаның нақты орнындарында қиып өтеді!

Егер құбырөткізгіштің нақты өткізу қабілеті тапсырма берушіні қанағаттандырмаса, онда есептің 2 түрлі шешімі болуы мүмкін. Біріншісі, үлкен жағына жуықтаған (n > n₀) жағдайда магистралды сораптың арындық сипаттамасын азайту арқылы құбырөткізгіштің жобадағы өткізу қабілетін шығаруға болады. Ол үшін сораптың жұмыстық дөңгелегін егеп, диаметрін (d) кішірейтеді, немесе дөңгелектің айналу жиілігін (N) азайтады. Диаметр шамасы d₁–ге, немесе жиілік N₁ –ге азайған кезде сорап берілісі мен арыны төмендегі шамаларға азаяды:

, (86)

немесе

. (87)

Егер магистралды сораптың арындық сипаттамасын Q₁, H₁ нүктелерінен өткізу керек болса, онда сораптың жұмыстық дөңгелегінің диаметрін мынандай қылу керек:

. (88)

мұндағы Q₁=Q_ч.ср, .

Құбырөткізгіштің өткізу қабілетін арттыру үшін лупинг, орнатылым және әрбір станса аралықтарына (барлық аралықтардың өткізу қабілеті бірдей шамаға артуы керек) жаңадан сорап стансасын салады.

Лупинг - бұл құбырөткізгіштің белгілі-бір ұзындығына паралель салынған құбырөткізгіш.

Орнатылым - құбырөткізгіштің белгілі-бір ұзындығына тізбектей жалғанған үлкен диаметрлі құбырөткізгіш. Екі жағдайда да құбырөткізгіштің біраз бөлігінің көлденең қимасы көбейіп, сол жердегі ағын жылдамдығы азаяды, осы себепті құбырөткізгіштің жалпы кедергісі де азаяды, яғни өткізу қабілеті артады.

Біріктерілген сипаттамада құбырөткізгіштің өткізу қабілетін арттыру дегеніміз жұмыс нүктесінің оңға қарай жылжуын көрсетеді. Ол үшін стансалардың арындық сипаттамасын көтеру керек, немесе құбырөткізгіштің арындық сипаттамасын төмен түсіру керек. Бұл дегеніміз құбырөткізгіштің өткізу қабілетін арттыру екі әдіспен жүзеге асыруға болады деген сөз. Біріншісі - стансалардың арындық сипаттамасын көтеру, ол үшін жаңадан сорап стансаларын салу керек; екіншісі - құбырөткізгіштің арындық сипаттамасын төмен түсіру, ол үшін құбыр бөлігіне лупинг, немесе орнатылым салу керек.

Құбырөткізгіштің өткізу қабілетін арттыру коэффициенті χ деп оның өткізу қабілетінің соңғы мәнінің (лупинг, орнатылым, немесе жаңа сорап стансаларының құрылысына дейінгі) бастапқы мәніне қатынасын айтады.

Құбырөткізгіштің өткізу қабілетін χ есе арттыру үшін салынатын лупингтің, немесе орнатылымның ұзындығы (егер өткізу қабілеті өзгерген кезде станса арыны өзгермей қалса) төмендегі өрнектен табылады:

. (89)

Мұндағы

. (90)

Құбырөткізгіштің өткізу қабілетін χ есе арттыру үшін салынатын орнатылымның ұзындығы (егер өткізу қабілеті өзгерген кезде станса арыны өзгермей қалса) төмендегі өрнектен табылады:

. (91)

Мұндағы D_л, D_в – лупинг пен орнатылым құбырларының диаметрлері (10-сурет).

Құбырөткізгіштің өткізу қабілетін арттыру үшін әрбір станса аралықтарына (барлық аралықтардың өткізу қабілеті бірдей шамаға артуы керек) жаңадан сорап стансасын салуға болады. Сол кездегі (станса санын екі еселеу нәтижесінде станса арыны өзгермей қалса) құбырөткізгіштің өткізу қабілетінің артуы мынаған тең:

, (92)

m - Лейбензон коэффициенті.

Лупинг салу, формулалардан көрініп тұрғандай, құбырөткізгіштің өткізу қабілетін аз мөлшерге арттыру үшін ( < ) тиімді. Егер құбырөткізгіштің өткізу қабілетін біраз көп мөлшерге (≈ есеге) арттыру керек болса (ағын гидравликалық тегіс құбыр аумағында жүрсе, Блазиус формуласы бойынша ≈1,486), онда стансалар санын 2 еселеу керек. Бірақ мұнадай нәтижені лупинг пен орнатылым салу арқылы да алуға болады. Егер құбырөткізгіштің өткізу қабілетін одан да көп мөлшерге ( > есе) арттыру керек болса, онда аралас әдіс қолдануға болады: стансалар санын еселеп, қосымша лупинг пен орнатылым салу еселеу керек. Құбырөткізгіштің өткізу қабілетін арттырудың нақты әдісі келтірілген шығындарды салыстыру көмегімен табылады.

Біз өткен дәрістерде айттық: технологиялық есептеуден табылған құбырөткізгіштің нақты өткізу қабілеті жобадағы шамадан басқа болып шығады. Егер ол шама тапсырма берушіні қанағаттандырса, табылған вариант қабылданады. Егер ол шама тапсырма берушіні қанағаттандырмаса, онда есептің 2 түрлі шешімі болуы мүмкін дедік. Біріншісі, (82)-өрнек арқылы табылған сорап стансаларының n₀ бөлшек санын үлкен жаққа жуықтаған (n> n₀) жағдайда магистралды сораптың арындық сипаттамасын азайту арқылы құбырөткізгіштің жобадағы өткізу қабілетін шығаруға болады. Егер стансаның бөлшек санын кіші жағына жуықтасақ (n<n₀), екінші әдіс, онда мұнай құбырын ың жобадағы өткізу қабілетін шығару үшін лупинг, немесе орнатылым салу керек. Бұл жағдайда әрбір стансада 3 сораптан болады, станса саны аз болғандықтан, мұнай соңғы пунктке жетпей қалады, жетпей қалған қашықтық лупинг көмегімен гидравликалық ылди сызығын өзгерту арқылы алынады. Лупинг пен орнатылымның қарастырылған жағдайдағы гидравликалық ылдилары:

, (93)

және орнатылым үшін

. (94)

Сонда мұнай құбырының жобадағы өткізу қабілетін шығаруға мүмкіндік беретін лупинг, немесе орнатылымның ұзындықтары мынандай болулары керек:

, (95)

мұндағы и - Q_ч.ср берілістегі негізгі (магистралды) сораптың арыны мен лупингтің гидравликалық ылдиы. Лупингті (орнатылымды) мұнай құбырының кез-келген жеріне салуға болады. Оның ылдиы магистралдағыдан аз болғандықтан, жобалау барысында кез-келген стансаны лупинг (орнатылым) салу көмегімен орналасуы ыңғайлы жерге ауыстыруға болады (11-сурет).

Негізгі әдебиеттер: 1 нег. [101-125], 2 нег. [49-67] , 3 нег. [71-106] ,

4 нег. [130-139, 158-183]

Қосымша әдебиеттер: 4 қос. [12-79]

Бақылау сұрақтары:

1. Мұнай құбырын жобалау есебінің алғышартына не жатады?

2. Құбырөткізгіштің нақты жылдық өткізу қабілеті қалай табылады?

3. Лупингті (орнатылымды) қандай мақсатта салады?

ДӘРІС 5. Мұнай өнімдерін тізбектей айдау

Мұнай өнімдерін тізбектей айдау дегеніміз бір құбырөткізгіш арқылы әртүрлі мұнайларды, немесе әртүрлі мұнай өнімдерін белгілі бір тәртіппен айдауды айтады. Тізбектей айдау мынандай себептермен керек:

- мұнай өндіретін ауданнан көп жағдайларда қасиеттері әртүрлі болатын мұнайлар шығарылады, ал оларды араластыру мұнайлардың сапасын нашарлатуы мүмкін. Ол мұнайлардың әрқайсысын жеке құбырөткізгішпен тасымалдау экономикалық жағынан тиімсіз;

- мұнай өңдейтін заводтардан әртүрлі мұнай өнімдері шығарылады, олардың да әрқайсысын жеке құбырөткізгішпен тасымалдау экономикалық жағынан тиімсіз;

- тізбектей айдау жағдайында құбырөткізгіш толықтай жыл бойында пайдалынады, құбырөткізгішті пайдаланудың пайдалы әсер коэффициенті жоғары болады.

Мұнай базалары үшін тізбектей айдау әдеттегі жағдай. Тізбектей айдау кезіндегі бір құбырөткізгішпен қайта айдалынатын мұнай өнімдерінің саны жиырмаға дейін жетуі мүмкін. Бірақ ол өнімдердің айдалыну кезегі кез-келген түрде болмайды. Әдетте бір мұнай өнімінен соң физикалық-химиялық қасиеттері соған жақын тұрған екінші мұнай өнімін жібереді. Мысалы, бензиннен кейін мазутты жіберуге болмайды. Немесе бензиндерден, керосиннен және дизель отындарынан тұратын мұнай өнімдерінің тасымалдану кезегі мынандай болуы мүмкін: А-76 бензин - А-72 бензин - А-66 бензин – керосин – жазғы дизель отын - қысқы дизель отын - керосин – А-66 бензин – А-72 бензин – А-76 бензин – А-72 бензин...

Тізбектей айдау екі түрлі әдіспен жүргізіледі: тасымалданатын мұнай өнімдерінің жұптары арасына әртүрлі бөлгіштерді қолдану арқылы және тасымалданатын мұнай өнімдері жұптарының тура түйісуі арқылы. Соңғы жағдайда құбырөткізгішпен тасымалданатын мұнай өнімдерінің арасында олардың қоспасы түзіледі. Ол қоспаның көлемі түйісетін мұнай өнімдерінің қасиетіне және ағын режиміне байланысты. Ламинарлы ағын кезінде түзілетін қоспа көлемі де турбулентті ағынға қарағанда көп болады (шамамен 10³ есе). Нәттижесінде ламинарлы ағын кезінде түзілетін қоспа көлемі шамамен 4,5 – 5 құбыр көлеміндей болса, турбулентті ағын кезінде түзілетін қоспа көлемі құбыр көлемінің 1% – інен де аспайды.

Ламинарлы ағын кезінде турбулентті ағынға қарағанда қоспаның көп түзілетінін құбырдың қимасындағы жылдамдықтардың таралу ерекшіліктерімен де түсіндіруге болады (13а-сурет). Ламинарлы ағын кезінде барлық уақыт сәттерінде және құбырдың ұзын бойындағы барлық қималарда жылдамдықтар парабола түрінде таралған. Яғни құбыр қимасының ортасындағы ағын жылдамдығы қиманың шет жақтарындағы жылдамдықтан ылғи да көп болып тұрады. Нәтижесінде құбыр қимасының ортасындағы ығыстырушы Б-мұнай өнімі ақырғы пунктке келіп жеткенде, қиманың шетіндегі Б-мұнай өнімі құбырөткізгіштің бас жағында келе жатады. Бұл дегенімі –қоспа түзілу бүкіл құбырөткізгіш бойында жүреді деген сөз. Ал турбулентті ағын кезінде жылдамдықтар бей-берекет, ешқандай тәртіпсіз таралған (13б-сурет). Осының нәтижесінде алғашқы уақыт сәтінде-ақ екі мұнай өнімінің арасында оларды бөліп тұратын қоспа түзіледі. Келесі уақыт сәтінде пайда болған қоспа таза мұнай өнімдерімен араласады да (яғни бұдан кейін таза мұнай өнімдері өзара араласпайды), өзінің көлемін көбейтеді. Осындай процесс қоспа ақырғы пунктке барып жеткенше жүріп тұрады. Бұл дегенімі – қоспа түзілу екі мұнай өнімдерін бөліп тұрған қоспа айналасында ғана жүреді деген сөз. Әрине, қоспа соңғы жағдайда аз түзіледі.

Егер құбырөткізгіштің басында көлемі болатын алғашқы қоспа бар болса, онда тізбектей айдау кезінде құбырөткізгіштің соңында мынандай мөлшерде қоспа түзіледі екен (алғашқы қоспаны ескергенде):

(97)

Негізгі магистральдан лупингке өткенде қоспа тармақталып екі бөлікке бөлінеді. Магистраль мен лупингтің қайта бірігетін жеріне қоспаның екі бөлігі бір мезетте жетпейді де (ағын жылдамдығы негізгі магистраль мен лупингте әртүрлі), олар бір-біріне қайта қосылмайды. Яғни магистраль мен лупингтің қайта бірігетін жерінде олардың әрқайсысы таза мұнай өнімдеріне араласады. Осының нәтижесінде қоспа көлемі күрт артады. Лупингті ескергендегі түзілетін қоспа көлемі төмендегі өрнек бойынша табылады:

(98)

Тізбектей айдау кезінде түзілетін қоспа мөлшерін азайту шаралары мынандай болады. Айдау турбулентті режимде жүргізілу керек және ол үшін Рейнольдс санын жуық шамамен 10000 – дай қылу керек. Рейнольдс санының онан әрі артуы қоспа мөлшерін азайтқанмен, энергия шығынын көп қылып жібереді. Оптимальды режим жылдамдықтың 0,6 – 2 м/c диапазонында қамтамасыз етіледі. Айдауды тоқтатпауға тырысу керек, ал амалсыздан тоқтатылатын болса, тығыздығы жоғары мұнай өнімін төмендеу жерге келтіріп алып тоқтату керек. Бірінші болып тұтқырлығы аз мұнай өнімін айдауға тырысу керек. Айдау циклін жасағанда әрбір түйісетін мұнай өнімдерінің жұптарындағы тұтқырлық пен тығыздық айырмаларын аз қылуға ұмтылу керек. Қоспа өткен кезде лупингтер және жан-жаққа бағытталатын құбыр тармақтары мен тұйықтар, сол сияқты есептегіш, фильтр, тройник сияқты қондырғылар жабылу керек (ол қондырғыларға мұнай өнімдерінің бірі кіріп алып, тез шықпай, келесісі келгенде, сонымен араласып, алғашқы қоспа түзеді). Аралық станса резервуарларында қоспа түзілмеу үшін тізбектей айдау кезінде құбырөткізгішті «сораптан-сорапқа» деп аталатын жүйе түрінде пайдалану керек. Алғашқы технологиялық қоспаны азайтуға тырысу керек. Ол қоспа әдетте мұнай өнімдерінің бір түрін айдауды екіншісімен ауыстырған кезде түзіледі. Себебі бір өнім бар резервуарды жауып, екінші өнім бар резервуарды ашу біраз уақытты қажет етеді. Осы кезде екі өнім қатар айдалады. Осы уақытты азайту үшін электр жапқыштар қолдану керек. Жақсы электр жапқыштар резервуарларды 10-15 с ішінде ауыстырып қосады, осы уақытта бар-жоғы 10-15 м³ қоспа түзіледі. Мүмкін болса құбырөткізгіштің ақырғы пунктіне қоспаның «басын», «денесін», «аяғын» жеке-жеке қабылдайтын және оларды бөліп-таратуға қажетті сиымдылығы үлкен резервуарлар қою керек. Тізбектей айдау кезінде құбырөткізгіште мұнай өнімдерінің арасын бөліп тұратын бөлгіштер қолдану керек. Бөлгіштер сұйық және қатты болып, екіге бөлінеді. Сұйық бөлгіштер ретінде қасиеті айдалатын өнімдерге жақын мұнай өнімдері (оларды айдалатын өнімдері бар резервуарларға бөліп-таратуға болады), немесе арнайы қоюлатқыш сұйықтар қолданылады (полимер қоюлатқыштар-полиакриламид, полиизобутилен, немесе гудрон). Сұйық бөлгіштер кедергілерден, сорап стансаларынан оңай өтеді. Ал қатты бөлгіштерді сорап стансаларынан өткізетін арнайы қондырғылар болады. Олар стансаның алдында бөлгіштерді (сол сияқты қырғыштарды да) қабылдап алып, стансадан кейін бөлгіштерді құбырөткізгішке қайта жібереді. Ең соңғы пунктте бөлгіштерді бас айдау стансасына көлікпен қайта апарады. Қатты бөлгіштер диаметрі құбырөткізгіштің ішкі диаметрінен сәл ғана артық серпімді заттардан жасалады. Қатты бөлгіштер дискілі, манжетті, поршенді және шар бөлгіштер болып бөлінеді. Дискілі бөлгіштер шеттерінде металл, ортасында серпімді дисклері бар штангадан тұрады.Олар тез істен шығады (30-50 км-ге дейін барады), соның өзінде қоспаны екі еседей азайтады. Манжетті бөлгіштер іші қуыс біліктен және бірнеше манжеттен тұрады (600-700 км-ге дейін барады). Құрылысы қарапайым. Олар қырғыш рөлін де атқарады. Салмақтары аз болғандықтан (60 кг-дай), оларды көтеру және тасымалдау өте оңай. Манжетті бөлгіштерді мұнай қоймасында қолдану жақсы нәтиже берген. Поршенді бөлгіштер басы домалақтанған, соңы ойыс, ішінде жіпшелері бар ұзынша серпімді дене түрінде болады (сирек қолданылады). Шар бөлгіштердің іші қуыс болады, соған сұйық айдап, доп тәрізді томпайтады. Оларды партиялап (он шақтысын) жібереді. Жақсы жағы - олар кедергілерден оңай өтеді, қабылдап-жіберу процессін автоматтандыруға болады, қозғалу шығыны аз және ұзаққа барады (1500-дей км-ге). Әлсіз жағы - шар бөлгіштер орнықсыз қозғалады: қоспадан озып, не қалып қоюы мүмкін.

Құбырөткізгіштің ішіндегі қоспаны бақылау үшін, жоғарыда айтылғандай, оның концентрациясын өлшеу керек. Концентрацияны өлшеудің бірнеше әдістері бар. Концентрацияны тығыздық арқылы білуге болады. Тығыздық өлшегіштер қалтқылы, салмақ, гидростатикалық (бұлар Архимед заңына негізделген), радиоизотопты (сұйық ішінде γ-сәулелер әлсірейді), вибрациялық (сұйық ішінде резонатордың тербеліс жиілігі өзгереді) және ультрадыбысты (сұйық ішінде дыбыстың таралу жылдамдығы өзгереді) болып бөлінеді. Концентрацияны электр сиымдылық (диаэлектрлі әдіс) арқылы да білуге болады (диэлькометрлі аспап - екі сиымдылық датчиктерінен тұрады, сиымдылық өзгерегенде генератор жиілігі қоса өзгереді). Бұл өлшегіштер химиялық құрамы бір-біріне жақын өнімдерді нашар ажыратады. Бұл жағдайда спектрофотометрлі аспап қолданылады. Ол концентрацияға тура прапорционал сұйықтың оптикалық тығыздығын өлшейді. Диаэлектрлі және ультрадыбысты құралдар құбырөткізгіштің ішіне орнатылады (үлгі алып отырудың керегі жоқ). Әдетте өлшегіш блоктарды резервуардың алдына және 10-15 км жерге қояды, сонда қоспа келіп жеткенге дейінгі 1,5-2 сағат уақыт ішінде есептеулерді алдын-ала орындап тастауға болады.

Құбыр арқылы А мұнай өнімінен кейін Б мұнай өнімі айдала бастасын. Әдетте қоспаны ондағы өнімдердің концентрациясымен сипаттайды. Біз қарастырылған жағдайдағы қоспаның сипаттамасы ретінде соңғы (ығыстырушы) Б мұнай өнімінің концентрациясын алайық. Сонда С_Б=С, С_А=1-С, яғни Б мұнай өнімінің концентрациясын С деп алдық. Қоспаның көлемі (толық көлемі) әрине, концентрациялары С₁=0 және С₂=1 болатын қималардың арасында келе жатқан қоспа бөлігінің көлеміне тең. Практикада С₁=0 және С₂=1 деп алу қоспаның көлемін тым көп қылып жібереді, сондықтан қоспа С₂=0,99 до С₁=0,01 аралықтарда келе жатады деп есептеледі. Бұндай жорамалдың дұрыс болуы С=0 және С=0,01 аралықтарындағы қоспада бөтен өнімнің (бұл аралықтағы бөтен өнім - Б) негізгі өніммен (А) салыстырғанда өте аз болатындығынан (салыстыруға тұрмайды). Сол сияқты С=0,99 және С=1 аралықтарындағы қоспадағы бөтен өнім де (бұл аралықтағы бөтен өнім - А) негізгі өнімнен (Б) көп аз, яғни оларды ескермесе де болады.

Тізбектей айдау кезіндегі қоспа түзілу процессін сипаттайтын теңдеуді алғаш рет В. С. Яблонский және В. А. Юфин құрастырған және сол теңдеуді шешкен. Құбырөткізгіш арқылы t=0 уақыт сәтінде А мұнай өнімінен кейін Б мұнай өнімі айдала бастасын (14-сурет). Сонда қоспаның құбыр бойымен және уақытқа тәуелді таралуын анықтайтын төмендегідей заңдылығы алынған:

, (99)

Құбырөткізгіш арқылы t=0 уақыт сәтінде А мұнай өнімінен кейін Б мұнай өнімі айдала бастасын (14-сурет). Сонда қоспаның құбыр бойымен және уақытқа тәуелді таралуын анықтайтын төмендегідей заңдылығы алынған:

, (99)

мұндағы х- ағынмен бірге қозғалып отыратын қоспа ортасынан берілген қоспа нүктесіне дейінгі ара қашықтық ( С(0,t)=0,5 ), D_e – диффузияның әсерлі (эффективті) коэффицинті. Ламинарлы ағын кезінде D_e коэффициенті турбулентті ағынға қарағанда әлдеқайда көп (шамамен 10⁶ есе), сол себепті ламинарлы ағын кезінде түзілетін қоспа көлемі де турбулентті ағынға қарағанда көп болады (шамамен 10³ есе). D_e коэффициентінің бірталай өрнектері бар (Тейлор формуласы, Асатурян формуласы, Нечваль – Яблонский формуласы, т.т.). Әдетте айтылған коэффициентті есептеуге Съенитцер формуласын жиі қолданады:

(100)

(101)

- ықтималдық интегралы деп аталатын кестеленген функция ( ). (96) - теңдеу бойынша қималарда концентрация тұрақты болып отырады:

Яғни уақыттың өтуімен қоспа зонасының ұзындығы шамасына прапорционал түрде өсіп отырады екен. Соңғы пунктке келген қоспа үшін

, (102)

Ал ығысатын А – мұнай өнімінің концентрациясы:

Концентрациялары С₁ және С₂ (С₁< С₂) болатын қималардың арасында келе жатқан қоспа бөлігінің көлемін мына формуламен табылады:

, (103)

мұндағы және . функциясы функциясына кері функция. шамаларын Пекле саны деп атайды. Ол санды Съенитцер формуласының көмегімен есептесек, қоспа көлемі мынандай болады:

(104)

Мұндағы λ₁, λ₂ – әрбір өнім үшін жеке-жеке есептелген гидравликалық кедергі коэффициеттері. Көптеген оқулық есептеулерінде С₁=0,01 және С₂=0,99 деп қабылданған. Бұл жағдайда

және (104) – формула төмендегі түрге ауысады:

(105)

Концентрациялары С₃ және С₄ болатын қималардың арасында келе жатқан қоспа бөлігінің және сол бөліктегі әрбір өнімнің көлемдері төмендегі формула арқылы табылады:

(106)

(107)

Мұндағы и ;

, Φ және Ψ –олар да кестеленген функциялар. Олардың бірі екіншісі арқылы былай анықталады:

Айта кететін бір жай, және функциялары тақ функциялар, яғни және .

- (108)

- қоспаның сипаттық көлемі, ол қоспаның толық көлемімен (104)-өрнек арқылы байланыста:

, (109)

Яғни концентрацияларды өлшей отырып, құбырөткізгіштің ішіндегі қоспа мөлшері мен оның әрбір бөліктерінің құрамын білуге болады екен. 14-кестеде ықтималдық функцияларының мәндері берілген.

2-кесте. Ықтималдық функцияларының мәндері

C	z	erf(z)	Ф(z)		C	z	erf(z)	Ф(z)
0,01	1,645	0,98	0,00479	3,29479	0,26	0,4549	0,48	0,22217	1,13197
0,02	1,4522	0,96	0,01039	2,91479	0,27	0,4333	0,46	0,23362	1,10022
0,03	1,3299	0,94	0,01643	2,67623	0,28	0,4121	0,44	0,24528	1,06948
0,04	1,2379	0,92	0,02284	2,49864	0,29	0,3913	0,42	0,25714	1,03974
0,05	1,1631	0,90	0,02955	2,35575	0,30	0,3708	0,40	0,26923	1,01083
0,06	1,0994	0,88	0,03654	2,23534	0,31	0,3506	0,38	0,28155	0,98275
0,07	1,0435	0,86	0,04379	2,13079	0,32	0,3307	0,36	0,29409	0,95549
0,08	0,9935	0,84	0,05129	2,03829	0,33	0,3111	0,34	0,30683	0,92903
0,09	0,9481	0,82	0,059	1,9552	0,34	0,2917	0,32	0,31983	0,90323
0,10	0,9062	0,80	0,06695	1,87935	0,35	0,2725	0,30	0,33307	0,87807
0,11	0,8673	0,78	0,07512	1,80972	0,36	0,2535	0,28	0,34656	0,85356
0,12	0,8308	0,76	0,08351	1,74511	0,37	0,2347	0,26	0,36029	0,82969
0,13	0,7965	0,74	0,09208	1,68508	0,38	0,216	0,24	0,37431	0,80631
0,14	0,7639	0,72	0,10088	1,62868	0,39	0,1975	0,22	0,38855	0,78355
0,15	0,7329	0,70	0,10987	1,57567	0,40	0,1791	0,20	0,40309	0,76129
0,16	0,7032	0,68	0,11907	1,52547	0,41	0,1609	0,18	0,41783	0,73963
0,17	0,6747	0,66	0,12847	1,47787	0,42	0,1428	0,16	0,43286	0,71846
0,18	0,6473	0,64	0,13806	1,43266	0,43	0,1247	0,14	0,44824	0,69764
0,19	0,6208	0,62	0,14786	1,38946	0,44	0,1068	0,12	0,46381	0,67741
0,20	0,5951	0,60	0,15789	1,34809	0,45	0,0889	0,10	0,47974	0,65754
0,21	0,5702	0,58	0,16809	1,30849	0,46	0,071	0,08	0,49603	0,63803
0,22	0,546	0,56	0,1785	1,2705	0,47	0,0532	0,06	0,51259	0,61899
0,23	0,5224	0,54	0,18912	1,23392	0,48	0,0355	0,04	0,5294	0,6004
0,24	0,4994	0,52	0,19993	1,19873	0,49	0,0177	0,02	0,54667	0,58207
0,25	0,4769	0,50	0,21095	1,16475	0,50	0	0,00	0,56419	0,56419

Мысал үшін мынандай есеп шығарайық. V₀=600 м³ болсын және концентрациялары С₃=5%=0,05, С₄=27%=0,27 болатын қималардың арасында келе жатқан қоспа бөлігінің және сол бөліктегі әрбір А және Б өнімнің көлемдерін табу керек. 2-кестеден табамыз:

C	z	erf(z)	Ф(z)
0,05	1,1631	0,9	0,02955	2,35575
0,27	0,4333	0,46	0,23362	1,10022

=600∙(1,1631-0,4333)≈ 437,880 м³;

=300∙(2,35575-1,10022)≈ 376,659 м³;

=300∙(0,23362-0,02955)≈ 61,221 м³.

376,659+61,221=437,880 – көлемдер балансы орындалып тұр.

Егер С>50%=0,5, онда ықтималдық функцияларының мәндері былай табылады. Мысалы С=68%=0,68 болсын.

Сонда = =- =-0,3307.

Яғни ізделінетін шама кестеде әрқашан бар болады (тек таңбасы ғана теріс). 0,68+0,32=1 екеніне назар аударайық.

Ф(-0,3307)= Ψ(0,3307)= 0,95549 и Ψ(-0,3307)= Ф(0,3307)= 0,29409.

C	z	erf(z)	Ф(z)
0,32	0,3307	0,36	0,29409	0,95549

Көптеген кітаптар мен оқулықтарда кесте орынына сәйкес графиктер (номограммалар) қолданылады.

Тізбектей айдаудың келесі есебі - мұнай өнімдерінің түйісу аумақтарында пайда болатын қоспаның көлемін табу. Осы мақсатта әрбір өнімді жеке-жеке айдау кезіндегі гидравликалық кедергі коэффициенттері есептеледі:

, , ,…Сонда 1 және 2 мұнай өнімдерінің түйісу аумақтарында пайда болатын қоспаның көлемі Съенитцер формуласы бойынша мынаған тең болады: Бұл жерде құбыр көлемі V_тр=πD²L/4. Басқа да мұнай өнімдерінің түйісу аумақтарында пайда болатын қоспаның көлемі осыған ұқсас есептеледі.

Циклдер саны Ц төмендегі жорамалдан табылады. Бір жылдағы бүкіл i-мұнай өнімін бірден бірақ айдап тастауға болады. Бұл жағдайда Ц_i = 1. Есесіне осы өнім айдалып жатқанда басқалары оны тосып, бас айдау стансасының резервуарларына жиналып жатады, яғни резервуарлардың недәуір көлемі керек болады. Ал i-мұнай өнімінің мүмкін болатын ең көп айдау циклінің саны материалдар балансының шартынан табылады:

бұл жерде V_{i min} – пайда болатын қоспаны таратуды қамтамасыз ететін i-өнімнің ең аз көлемі. Циклдегі i-өнімнің ең аз партиясының көлемі бас айдау стансасындағы резервуар паркінің сиымдылығымен және соңғы пункттегі қоспаны таратудың таңдалған әдісімен анықталады. Оқу есептерін шешкенде қоспаны таратудың ең көрнекі әдісі – оны тең екіге бөліп тарату. Бұл жағдайда қайта сұрыптау болмайды (бір өнім көлемінің азаюы мен екішісінің көбеюі), сол сияқты араластыратын өнімдердің көлемдері алдын-ала белгілі. i және j өнімдердің түйісу аумақтарында түзілетін қоспаның тең жартысын қабылдауға шамасы келетін таза i - мұнай өнімінің ең аз көлемі мынаған тең:

,

мұндағы - бөтен өнімнің рұқсат етілген концентрациясы (j- өнімнің i - өнімдегі). Циклдегі i-өнімнің ең аз партиясының көлемі осы өніммен болатын барлық түйісу аумақтарындағы түзілетін қоспаның тең жартысын қабылдауға шамасы келетін i - мұнай өнімдерінің ең аз көлемдерінің қосындысымен анықталады. Мысалы, партияда i – өнім 4 жерде j- өніммен және 2- жерде k - өніммен түйіссе, онда . Бұл әдістің әлсіз жері - бас айдау стансасындағы таза мұнай өнімдерін сақтайтын сиымдылығы тым көп болатын резервуар паркін жасау (10000 м³ шамасында).

i және j өнімдердің түйісу аумақтарында түзілетін қоспаның барлығын тұтас қабылдауға шамасы келетін таза i - мұнай өнімінің ең аз көлемі мынаған тең:

.

Бұл жағдайда ең аз көлем тіпті көп болып кетеді (екіге бөлгендегіден де).

Практикада қоспаны шартты түрде үш бөлікке бөледі: қоспаның «басы», «денесі» және «аяғы». Оларды бөліп-кесу концентрациясын табу келесі тақырыпта өтіледі.

Барлық т өнімдерді айдаудың жеке-жеке табылатын ең көп цикл сандары әр жағдайда әртүрлі. Циклдің таңдалған құрылымын (үлгісін) сақтау үшін және қоспаны таратуды қамтамасыз ету үшін мынандай шарт орындалу керек:

Ц = min{Ц₁,Ц₂, ...,Ц_m},

яғни цикл саны жеке-жеке табылған сандардың ең кішісіне тең. Сонда әрбір циклдің айдау ұзақтығы төмендегідей болады:

.

Циклдегі i-өнімнің барлық (қосынды) көлемі мынаған тең:

.

Бұл жерде циклдің құрылымы және мұнай өнімдерінің партиясы ұғымдарына тоқтала кетейік. Бір циклде айдалатын барлық мұнай өнімдерінің жиынтығын партия деп атайды. Партиядағы мұнай өнімдерінің айдалу тәртібі циклдің құрылымы деп аталады. Мысалы, 1, 2 және 3 мұнай өнімдері -1-2-3-2-1-2-3-2-1-… тәртіппен айдалса, онда циклдің құрылымы « -1-2-3-2- » түрінде, ал ең аз көлемдер мыналарға тең болады:

, , .

Егер қоспаны таза мұнай өнімдері бар резервуарларға бөліп-тарату мүмкін болмаса, онда циклдер саны басқадай әдіспен табылады. Егер циклдер саны аз болса, онда басқа өнімдердің (айдалып жатқанынан басқаларының) айдалуды тосу уақыттары көп болып кетеді де, оларды сақтауға көп резервуар керек болады. Есесіне қоспа аз түзіледі (цикл аз болса, түйісу аумақтары да аз). Егер циклдер саны көп болса, онда басқа өнімдердің (айдалып жатқанынан басқаларының) айдалуды тосу уақыттары керісінше аз да, оларды сақтауға аз резервуар керек. Бұл жағдайда қоспа көп түзіледі (цикл көп болса, түйісу аумақтары да көп). Осылайша резервуарға кететін және қоспаны түзеуге кетеін қосынды шығындардың ең аз мәні циклдердің ең тиімді санын анықтайды, ол сан мына формула бойынша есептеледі:

(110)

Мұндағы а – бір циклде қоспа тұзілуден болатын шығын мөлшері, V_см.нр – бір циклде таратылмай қалған қоспа көлемі, , бұл жерде q_i – әрбір өнімнің тәуліктік көлемдік шығыны, Т_i – әрбір өнімнің бір жылдағы барлық айдалу уақыттарының қосындысы. , мұндағы b, және - мұнай өнімдерін сақтауға арналған қосымша резервуар парктерінің 1 м³ көлеміне есептелген келтірілген шығын, күрделі қаржы жцне пайдалану шығындары, - күрделі қаржының нормалық коэффициенті.

Негізгі әдебиеттер: 1 нег. [186-205, 223-233], 2 нег. [78-81, 92-105],

3 нег. [205-238]

Қосымша әдебиеттер: 2 қос. [353-356]

Бақылау сұрақтары:

1. Тізбектей айдау кезіндегі қоспа түзілу механизмі не себепті ағын режиміне байланысты?

2. Қатты бөлгіштердің түрлерін және олардың ерекшеліктері мен кемшіліктерін айтыңыз?

3. Тізбектей айдауды бақылау әдістері қандай?

ДӘРІС 6. Мұнай өнімдерін тізбектей айдау кезіндегі құбырдың технологиялық есебі.

Тізбектей айдаудың технологиялық есебі құбырөткізгіш есебіне ұқсас. Тек бұл жағдайда бірнеше өнім бар. Есепті алдымен барлық мұнай өнімі ең тұтқыр өнімнен тұрады деп жүргізеді. Сорап стансасының сипаттамасы алынған соң, әрбір өнім үшін құбырөткізгіштің арындық сипаттамалары және жұмыстық нүктелер табылады. Осы арқылы әрбір өнімдегі құбырөткізгіштің нақты өткізу қабілетін және әрбір өнімнің бір жылдағы айдалу уақытын анықтайды. Егер ол уақыттардың қосындысы бір жылдағы жұмыс күнінен көп кіші болса, онда магистралды сораптар санын біреуге азайтып, есептеулерді әрбір өнімнің жұмыс уақыттарының қосындысы бір жылдағы жұмыс күніне жақындағанға дейін қайта жүргізе береді.

Мұнай өнімдерін тізбектей айдау дегеніміз бір құбырөткізгіш арқылы әртүрлі мұнайларды, немесе әртүрлі мұнай өнімдерін белгілі бір тәртіппен айдауды айтады. Тізбектей айдау нәтижесінде құбырдың өткізу қабілетін толығымен пайдаланады, ал тасымалдың басқа түрлері мұнай өнімдерін тасудан босатылады. Бірақ мұнай өнімдерінің түйісу аумақтарында қоспа пайда болады. Тізбектей айдауды есептеу нәтижесінде төмендегі есептер шешіледі:

- Сорап стансаларының санын анықтау;

- мұнай өнімдерінің түйісу аумақтарында пайда болатын қоспаның көлемін табу;

-мұнай өнімдері партиясының көлемін табу;

-Тізбектей айдау циклдерінің санын анықтау;

-Магистралдан кететін құбырлардың диаметрін анықтау, т.б.

Сорап стансаларының санын анықтау. Мұнай өнімі құбырын есептеуге қажет алғышарттар төмендегілер: айдалатын өнімдердің жылдық мөлшері (G_год – жылдық айдау жоспары (млн.т/жыл) және α₁, α₂, α₃,…- әрбір өнімнің жалпы өнімдегі массалық үлесі); айдалатын өнімдердің қасиеттері (әрбір өнімнің есептік тығыздығы мен тұтқырлығы ρ₁, ν₁, ρ₂, ν₂, ρ₃, ν₃,…), айдау қашықтығы L_тр; бір мұнай өнімінің екінші өнімдегі рұқсат етілген концентрациялары ( - 1- өнімнің екіншідегісі, - 2- өнімнің біріншідегісі, т. с. с.); сол сияқты трасса кескіні (соның ішінде Δz нивелирлік биіктіктердің айырмасы). Мұнай өнімі құбырын гидравликалық есептеулерде мұнай, немесе газ құбырларын есептеген кезде қолданылатын ережелер сақталады: есептеу ең тиімсіз жағдай үшін жүргізіледі. Мұнай өнімі құбырының есептік (орташа) сағаттық өткізу қабілеті әрбір өнімнің орташа сағаттық шығындарының қосындысы ретінде табылады:

,

мұндағы 8400=350∙24 – бір жылдағы жұмыс сағаттарының саны.

Экономикалық жағынан ең тиімді құбыр диаметрін таңдау Q_чac.ср шамасына тең шығынмен ең тұтқыр өнімді айдау шартынан табылады, яғни басында бүкіл мөлшер ең тұтқыр өнімнен тұрады деп қабылданады. Осы жорамалға сүйене отырып, белгілі орташа сағаттық шығын көмегімен негізгі және тегеурін сораптарды таңдайды, олардың номиналды берілісі Q_чac.ср мәніне өте жақын болуы керек, басқаша айтсақ, төмендегі шартты қанағаттандыру талап етіледі:

0,8Q_ном< Q_чac.ср <l,2 Q_ном.

Сонымен бірге, бас айдау стансасында үш тізбектей қосылған негізгі сорап пен тегеурін сорап шығаратын шығыстық қысым бекітуші арматураның беріктік шегінен аспау керек:

Р ≤ Р_арм .

Мұндағы Р=ρg(3h_мн+H₂), h_мн=Н₀-b∙Q_чac.ср², H₂=Н₀₂-b₂·Q_чac.ср², h_мн, H₂ – параметрлері a, b, a₂, b₂ болатын негізгі және тегеурін сораптар тудыратын арындар, ρ – ең тұтқыр өнімнің тығыздығы. Егер осы шарт орындалмаса, онда басқа сораптарды таңдау керек. Айтылған шарт (бекітуші арматураның беріктік шарты) орындалса, онда таңдалған сораптарға сәйкес бір стансаның тудыратын арыны:

Н_ст =3h_мн.

Гидравликалық есептеуді де ең тұтқыр өнім үшін жасаймыз. Секундтық Q көлемдік шығындардың орташа мәнін:

және ағынның орташа жылдамдығын табудан бастаймыз:

.

Рейнольдс саны:

,

мұндағы ν - ең тұтқыр өнімнің кинематикалық тұтқырлығы. Арынның кедергіде жоғалуын:

құбырдағы арынның толық жоғалуын есептейміз:

,

бұл жерде iL=h_τ (i-гидравликалық ылди, λ – үйкелістен болатын гидравликалық кедергі коэффициенті), п_э – трассадағы пайдалану бөлімшелерінің саны, п_э=L/(400÷600), Н_кп – пайдалану бөлімшелерінің соңғы пунктіндегі қалыңқы арын, ол арын өнімді резервуарларға құю үшін жұмсалады. 1,02 коэффициенті арынның жергілікті кедергілерде (құбырөткізгіштің тармақтарында, ысырмаларда, т.с.с.) жоғалуын ескереді. Осыдан сорап стансаларының саны:

.

Оны ең жақын үлкен бүтін санға дейін жуықтаймыз. Онан ары әрбір өнім үшін құбырөткізгіштің және сорап стансаларының біріктірілген сипаттамаларын саламыз. Әрбір өнімді станса қандай өнімділікпен айдайтындығын біріктірілген сипаттамалар көмегімен табамыз (олар әрбір өнімнің жұмыс нүктелеріне тең). Бұл сандар таңдалған сораптары бар станса бір сағатта әрбір өнімнің қандай көлемін айдай алатындығын көрсетеді. Сонда әрбір өнімді бір жылдағы нақты айдау тәуліктерінің саны:

Мұнай өнімдерін айдау тәуліктерінің жалпы саны 350-ден аспайтындықтан, мынандай шарт орындалу керек:

.

Бұл теңсіздіктің орындалуын табылған п станса санында ғана тексермеу керек, оны сонымен стансаның n-1, n-2, т.с.с. аз сандарында да тексеру керек. Бұның себебі гидравликалық есепті үлкен қормен шығардық (бүкіл мұнай жүктері ең тұтқыр өнімнен тұрады деп қабылдағанбыз). Кейінгі есептеулерге жалпы айдау тәуліктері 350-ге ең жақын болатын стансалар саны (бірақ 350-ден көп емес) алынады. Яғни сорап стансалар санының ең аз n_min мәнін таптық. Осынша стансалар тізбектей айдауды қамтамасыз етуі мүмкін (одан азы айдауды қамтамасыз етпейді). Бұл есептеудің ең қиын тұсы әрбір өнімді айдау кезінде сорап стансалары мен құбырдың біріктірілген сипаттамасын салу. Графиктер салу мен жұмыс нүктелерін табу әдетте көп қатемен істеледі (есептің осы әдіспен шығарылуының қазіргі заманға сай келмей, ескіруін есептемегенде). Есесіне мұндай есептерді кез-келген Fortran, Pascal, немесе Visual Basic сияқты компьютер программалары оңай шешеді. Тіпті Excel программа. Және осындай программалар жасауды жоғары оқу орнының талай шәкірттері біледі. Жұмыстық нүктелерді табу есебінің шешімін келтірейік. Келесі үш функцияны анықтаймыз.

1. Үйкелістен болатын гидравликалық кедергі коэффициентінің функциясы λ=λ(ν,Q_чac):

, , , , мұндағы k_э- құбырдың ішкі бетінің кедір-бұдырлығы.

Сонда , егер Re≤2320,

, егер 2320<Re≤Re_I ,

, егер Re_I ≤ Re < Re_II ,

егер Re≥ Re_II.

2. Құбырөткізгіштегі арынның толық жоғалу функциясы Н=Н (ν, Q_чac):

, .

3. Құбырөткізгіштегі барлық айдау стансаларының толық (қосынды) арынының функциясы Н_НПС=Н_НПС (n, Q_чac):

Н_НПС=3n(Н₀-bQ_час²)+ п_э (Н₀₂-b₂·Q_час²).

Әрбір мұнай жүгінің айдау өнімділігін анықтайтын жұмыс нүктелері сонда төмендегі теңдеулердің шешімдері болып табылады:

Н (ν₁, Q_чac)= Н_НПС (n, Q_чac) при ,

Н (ν₂, Q_чac)= Н_НПС (n, Q_чac) при ,

Н (ν₃, Q_чac)= Н_НПС (n, Q_чac) при ,…,

т.с.с. Мұндай иррациональды теңдеулердің шешімдерін кез-келген жуықтау әдістерімен табуға болады (хордалар әдісі, жанамалар әдісі және б.).

Құбырөткізгіштің жалпы көлемі партиядағы әрбір өнімнің көлемінен көп үлкен болғандықтан, оның ұзын бойында бірнеше өнімдер қатар айдалып жатады. Мысалы 1000 км ұзындықта 5-6 партия бірнеше өнімдер (бензин, дизель отын, т.т.) айдалып жатады. Мұндай құбырдың өткізу қабілеті тұтқыр өнім айдалып жатқан бөліктің өткізу қабілетімен шектеліп қалады. Ал тұтқырлығы аз өнім айдалып жатқан бөлікте, керісінше, пайдаланылмай қалатын арын қалады. Ол арынды тұтқыр өнім айдалып жатқан бөлікке беру құбыр беріктігінің шектеулілік шарты мүмкіндік бермейді. Өнімдер партиясы жүрген сайын құбырдың шектегіш өткізу қабілеті өзгеріп отырады.

Беріктіктің шектеулілік шартын қанағаттандыра отырып, аралық стансалалары бар құбырдың ең үлкен өткізу қабілетін жуықтап жақындату әдісімен былай табуға болады. Барлық өнімдер айдалып жатыр, және барлық сораптар қосылып тұр деп есептеп, арындар балансынан құбырдың өткізу қабілетін табамыз (нөлдік жуықтау). Сосын осы жағдайдағы әрбір стансадан кейінгі ең үлкен қысымды есептейміз. Егер қайсыбір стансада ең үлкен қысым беріктік шегіне асып кетсе, онда осы стансадағы қысым беріктік шегіне тең деп есептеп, құбырдың өткізу қабілетін қайта табамыз. Одан ары, әрбір стансадан кейінгі ең үлкен қысымды тағы қайта есептейміз де, беріктік шартын тексереміз. Ол шарт орындалғанға дейін жуықтап есептеуді жалғастыра береміз. Есептеу нәтижесінде «шектегіш» құбыр бөлігін табамыз, ол жерде қысым беріктік шегіне тең болады және осы жағдайдағы құбырдың өткізу қабілеті өзінің ең үлкен мәніне тең (өнім партияларының қарастырылып отырған орналасуындағы).

Негізгі әдебиеттер: 1 нег. [205-217], 2 нег. [87-92], 3 нег. [260-266] ],

4 нег. [1183-185, 197-216]

Қосымша әдебиеттер: 5 қос. [35-39]

Бақылау сұрақтары:

1. Тізбектей айдауды есептеу нәтижесінде қандай есептер шешіледі?

2. Тізбектей айдауды есептеу нәтижесінде сорап стансаларының саны қалай табылады?

3. Аралық стансалалары бар құбырдың ең үлкен өткізу қабілетін қалай табуға болады?

ДӘРІС 7. Тұтқырлығы көп шайырланғыш мұнайды айдау әдістері.

Аққыштық сипатымен анықталатын сұйық қасиеттері реологиялық қасиеттер деп аталады. Мұнайдың реологиялық сипаттамаларына тұтқырлық (ньютонды), пластикалық тұтқырлық, әсерлі тұтқырлық, бастапқы (статикалық) жанама кернеу, шекті динамикалық жанама кернеу және шайырлану температурасы жатады.

С ұйық ағыны қабаттардан тұрады. Ол қабаттар бір-біріне үйкелісіп, араларындағы үйкеліс күші әсерінен әрбір қабатта жанама кернеу (τ) туады (қабатты жанай әсер ететін, бірлік ауданға түскен күш). Осы кернеу қабаттың ығысу жылдамдығын ( -немесе жылдамдық градиентін; r -координата қабатқа тік бағытталған) анықтайды (15-сурет). тәуелділігі сұйықтың ағу қисығы деп аталады.

Егер ағу қисығы түрінде болса, онда сұйық Ньютон сұйығы (16-сурет, 1-қисық), ал μ – ньютонды (динамикалық) тұтқырлық деп аталады. Ньютонды емес сұйықтардың бірнеше түрі бар.

Егер ағу қисығы:

, (111)

түрінде болса, онда сұйық пластикалық, немесе бингам сұйығы деп аталады (2-қисық). Мұндағы - аққыштық шегі, - пластикалық тұтқырлық. Псевдопластикалық (3-қисық) және дилатанттық (4-қисық) сұйықтар үшін:

. (112)

Шайырлану температурасында мұнай сұйық күйден аморфты күйге өтіп, құбыр (резервуар) қабырғасына шайырланып, жабысып қалады. Шайырлану температурасына жақын тұрған мұнайлар және тұтқыр мұнайлар пластикалық, немесе псевдопластикалық сұйықтарға жатады. Тұтқыр (парафинді) мұнайларды жылжыту үшін белгілі-бір бастапқы қысым керек, ол қысым шамасы уақыт өткен сайын өзінің ең үлкен мәніне жуықтап артады. Яғни ондай мұнайды айдау тоқтап қалса, оны жылдам түрде қайта жүргізу керек, әйтпесе олар біржола қатып қалады.

Тұтқыр мұнайларды айдаудың бірнеше әдістері бар:

-сұйылтқыштармен айдау;

-қосқыштармен (присадки) айдау;

-гидротасымалдау;

-әртүрлі әдістермен алдын-ала өңдеу;

-ыстық айдау.

Сұйылтқыштар ретінде тұтқырлығы аз мұнай (Маңғышлақтың күкірті аз тұтқыр мұнайын Поволжьенің күкіртті сұйық мұнайымен, Батыс Қазақстан-Батыс Қытай магистралды мұнай құбырының Атасу стансасында Батыс Қазақстанның тұтқыр мұнайын Сібірдің сұйық мұнайымен араластырып айдау мысалы, т.с.с.), газ конденсаты, керосин, бензин, сұйық мұнай газдары, беттік-белсенді заттары (ПАВ) бар сұйықтар қолданылады.

Қосқыштар (присадки) ретінде полимерлі депрессорлар пайдаланылады (массалық концентрациясын құбырөткізгіштерде 0,1÷0,2%-ке, ал мұнай қоймалары мен танкерлерде- 0,03%-ке дейін жеткізіп қосады). Қосқыштар мұнайдың тұтқырлығын және шайырлану температурасын азайтады. Оларды парафинді көмірсутектер еріген күйге ауысатын 50-60⁰С температурадағы қыздырылған мұнайға қосады, нәтижесінде депрессор-парафин түріндегі кристалдар пайда болады. Ол кристалдар парафиннің тұтқырлыққа тигізетін әсерін азайтады. Қосқыштарды қосу бас айдау стансасында жүргізіледі. Депрессорлардың әсері изотермалы ламинарлы ағында өте үлкен, ал турбулентті ағында кедергі коэффициентін 20%-ға азайтады (оларды сорап стансасының арындық сипаттамасын жақсарту үшін қолданады). Кейде оны қабырға маңындағы мұнайдың қыздырылатын сақина тәрізді қабатына ғана қосады. Мұнайдың негізгі бөлігі қыздырылмай ламинарлы ағында айдалады. Бұл әдісте қосқыш және энергия шығындары 7-10 есе азаяды. Бірақ сораптан өткенде депрессорлар бүкіл мұнайға тарап кетеді, сондықтан оларды әрбір стансадан кейін қайта қосып отырады. Қосқыштар қосу Европалық құбырөткізгіштерде Африка мұнайын айдағанда қолданылған. Біздің елде турбуленттікке қарсы қосқыштар Өзен – Атырау– Самара магистралды мұнай құбырында және Батыс-Қазақстан-Батыс Қытай магистралды мұнай құбыры қолданылады.

Мұнайды суға қосып айдау мағынасыз нәрсе сияқты, бірақ осындай да әдіс бар (гидротасымалдау). Гидротасымалдың үш түрі болады. Бірінші әдісте мұнайды сумен бірге спираль кертпелері бар құбырөткізгішпен айдайды. Сол кезде сұйық айналысқа түсіп, мұнай судың ортасымен (судан жеңіл болғандықтан) жүріп отырады. Тек құбырөткізгіш тоқтап қалмау керек және аралық стансалар болмау керек. Кертпелері бар құбыр жасау да оңай емес. Осы әдіспен диаметрі 200 мм, ұзындығы 40 км құбырөткізгішпен мұнай айдағанда, оның өткізгіштігі 12 есе артқан. Екінші әдісте мұнайдың судағы эмульсиясын (Н/В) тасымалдайды. Бұл кезде құбырға су ғана жанасады. Ол эмульсия белгілі бір ағын жылдамдығы мен температурада судың мұнайдағы эмульсиясына (В/Н) айналып кетеді (инверсия). Ол өте тиімсіз. Н/В эмульсия орнықтылығын беттік-белсенді заттар (ПАВ) көбейтеді. Су концентрациясы көп болса да орнықтылық артады, бірақ көп суды тасымалдау сондай тиімді емес. Эксперименттер судың ең тиімді массалық концентрациясы 30% екендігін көрсеткен. Үшінші әдісінде суды жай ғана қоса салады. Мұнай мен су шекарасы жазық болып, су астыңғы жағымен жүріп жатады, осы арқылы мұнайдың құбыр қабырғасымен жанасатын ауданын азайтады.

Әртүрлі әдістермен алдын-ала өңдеудің бірнеше түрі бар:

-қысым түсіріп өңдеу (барообработка);

-діріл арқылы өңдеу (виброобработка);

- термикалық өңдеу және т.б.

Қысым түсіріп өңдеу (барообработка) мұнайға түскен қысымды бірнеше рет көбейтіп-азайтып тұрса, онда тұтқыр мұнайдың реологиялық қасиеттері жақсаруына негізделген. Бұл жағдайда мұнайға түскен үлкен қысым өздігінен біраз төмендейді. Осы қысымды 10 сағаттай ұстап тұрса, келесі қысым түсіргенде, қысымның өздігінен төмендеу шамасының мәні азаяды екен. Осы циклді бірнеше рет жасаса, мұнайдың реологиялық қасиеттері жақсарады.

Діріл арқылы өңдеу (виброобработка) кезінде сутылған мұнайда түзілген парафин құрылымдары бұзылып, тұтқыр мұнайдың реологиялық қасиеттерін жақсартады. Діріл арқылы өңдеуді құбырдың ішінде де жүргізуге болады. Осы әдіс бойынша жүргізілген тәжірибеде Маңғышлақ мұнайының динамикалық тұтқырлығы 18...20 Па∙с мәнінен 0,5...1 Па∙с-ке дейін азайған. Белгілі – бір уақыттан соң мұнайдың реологиялық қасиеттері бұрыңғы қалпына келеді екен. Бұл әдістің нашар жағы - оның өнімсіздігі. Сондықтан оны қатып қалған мұнайларды қабырғадан босату үшін қолданады.

Тұтқыр мұнайларды термикалық өңдеу кезінде оны алдын-ала қыздырады және белгілі-бір жылдамдықпен суытады. Бұл жағдайдағы мұнайдың реологиялық қасиеттерінің жақсаруы оның құрамындағы асфальт-смолалы (А-С) заттардың бар болуына байланысты. Олар парафиннің балқу температурасынан (≈365К) біраз төмен температурада (≈333К) парафин кристалдарына кіріп алған жерінен босап шығады (≈365К температурада парафиннің көбі мұнайда еріп кетеді, ал одан жоғары температурада А-С заттар бұзылады). Белгілі-бір жылдамдықпен суытқанда, А-С заттар беттік-белсенді болғандықтан, парафиннің ірі кристалдарын (борпылдақ зат түріндегі) түзуге жағдай жасайды (дендритті кристалдану). Осындай кристалдар мұнайдың тұтқырлық пен шайырлану температурасын азайтады. Суыту жылдамдығы басқа болса, онда кристалдар көп түзіліп қойып, олар ірі болмай қалады. Тиімді суыту температурасы мысалы, Маңғышлақ мұнайы үшін 10-20⁰С/сағ болып шыққан. Бұл әдістің әлсіз жері, өңделген мұнайды тезірек айдап алу керек. Әйтпесе, біраз уақыттан соң оның бұрынға реологиялық қасиеттері қайта қалпына келеді.

Негізгі әдебиеттер: 1 нег. [233-244, 2 нег. [105-115], 3 нег. [278-312]

Қосымша әдебиеттер: 4 қос. [120-236]

Бақылау сұрақтары:

1. Сұйықтың ағу қисығы деп не аталады?

2. Тұтқыр мұнайларды айдаудың қандай әдістері бар?

3. Тұтқыр мұнайларды қосқыштармен (присадки) айдау деген не?

4. Тұтқыр мұнайларды гидротасымалдаудың қандай әдістері бар?

5. Қандай әдістермен тұтқыр мұнайларды алдын-ала өңдейді?

ДӘРІС 8. Ыстық айдау. Ыстық құбырөткізгіштің жылулық тәртібі. Ыстық құбырөткізгішті гидравликалық есептеу

Тұтқыр мұнайларды айдаудың ең көп тараған әдісі-мұнайды ыстық айдау. Бұл жағдайда мұнайды үздіксіз қыздырып отырады. Қыздыру екі түрлі әдіспен жүзеге асырылады. Бірінде құбырөткізгішпен бірге ораныштарын ортақ қылып, жылу құбырын жүргізеді, немесе құбырөткізгішке электрмен қыздырылатын ленталар орап тастайды. Кей жағдайда ортақ ораныш ішінде скин-эффектілі (жоғарғы жиілікте тоқтың орталықтан алыс жерлерге шоғырлану қасиеті) электр қыздырғыш құбыр жүргізіледі. Жоғары жиілікті тоқ жүргенде жылу тек қыздырғыш құбырда ғана бөлініп отырады. Мұндай құбыр бірнеше болуы мүмкін. Бұл әдіс қысқа құбырөткізгіштерде ғана қолданылуы мүмкін. Екінші әдісте мұнайды қыздыру сорапты жылу, немесе жылу стансаларында жүргізіледі.

Магистралды құбырөткізгіштер үшін жиі қолданылып жүрген ыстық айдау әдісінің (айдамас бұрын тұтқыр мұнайды резервуарда қыздырып алу, құбырға жібергеннен кейін, қозғала отырып, суып қалған мұнайды оқтын - оқтын қыздырғыштан өткізіп отыру әдісі) бас сұлбасы 17 – суретте көрсетілген. Мұнай өндірілген жерінен келтіргіш құбырөткізгіш (1) арқылы бас айдау стансасының резервуар паркіне (2) келіп түседі. Резервуарларда қыздырғыш қондырғы бар, ол қондырғы мұнайды тегеурін сораппен (3) айдауға болатындай температураға дейін қыздырады. Тегеурін сорап мұнайды қосымша қыздырғыш арқылы айдап, магистралды сорап (5) кірісіне жеткізеді. Магистралды сораптар мұнайды магистралды құбырөткізгішке (6) айдайды. Ыстық мұнайды құбырға жібергеннен кейін, ол қозғала отырып, қоршаған ортамен жылу алмасу нәтижесінде суып қалады. Сол себепті магистралды құбырөткізгіш тассасының әрбір 25...100 км ұзындығы сайын қыздырғыш пункттері (7), немесе сорапты-жылу стансасы (НТС) қойылады. Мұнда қыздырғыш қондырғылар мұнайды қайтадан қыздырады. Осылайша соңғы пунктке жеткенше суып қалған мұнай оқтын - оқтын қыздырылып отырады. Соңғы пунктте қыздырғыш қондырғылары бар резервуарлар паркі орнатылған (9).

Жылу шығынын азайту үшін резервуарларды жылу оқшаулатқышпен (тепловая изоляция) қаптайды және қыздырғышпен жабдықтайды. Қосымша қыздырғыштарды тегеурін сораптан кейін және магистралды сораптардың алдына қояды. Осының нәтижесінде жылу алмастырғыштар жеңіл болады, себебі тегеурін сорап тудыратын қысым көп емес. Қыздырғыштар арқылы мұнайдың бәрін қажетті температураға дейін тұтас қыздырып өткізуге болады, немесе оның бір бөлігін қажетті (есептік) температурадан артық қыздырып, соңынан суық мұнаймен араластырып жіберуге болады. Жылу алмастырғыш аппараттардан кейін мұнай ағыны стансаның магистралды сораптарына түседі де, магистралды құбырөткізгішке айдалады. Құбырда қозғала отырып, минай суыйды, нәтижесінде оның тұтқырлығы көбейіп, кедергіге кететін шығын артады.

Мұнайды бас станса резервуарларында 313-333К (40-60⁰С) температураға дейін қыздырады. Резервуарларда онан ары қыздыру мұнайды буландырып, сапасын нашарлатады. Нәтижесінде қоршаған ортаға жылу көп кете бастайды және мұнайдың жеңіл, ең қымбат фракциялары жоғалады. Резервуарлардың түбіне стационарлы иректелген (змеевикті), немесе секциялы (құбыр пішіндес) қыздырғыштар орнатылады. Жылу тасығыш ретінде су буы, ыстық су, немесе ыстық мұнай қолданылады.

Бас станса резервуарларында қыздырылған мұнай тегеурін сорапқа, немесе тегеурін жеткілікті болса, магистралды сорапқа барады. Аралық сорапты-жылу стансасында «сораптан-сорапқа» жүйе жағдайында қыздырғыштар сорғыш желілерде орнатылады. Сол кезде мұнай сорапқа жоғарғы температурамен келеді де, берілісі, арыны және п.ә.к. көп болады.

Резервуарлардан кейінгі мұнайды айдау температурасына дейін қыздыру арнайы жылу алмастырғыштарда жүргізіледі. Осы мақсатта екі түрлі қыздырғыш қолданылады: бу және от қыздырғыштар. Ең көп тараған бу қыздырғыш – басы еркін қозғалатын көп жүрісті жылу алмастырғыштар (многоходовые теплообменники с плавающей головкой). Олар шағын, қолдануға, тексеруге және жөндеуге ыңғайлы болады. Жылу алмастырғышта мұнай құбыры айналасындағы кеңістік (затрубное пространство) арқылы бу өткізеді. Олардың бірнешеуін паралель қосады, осы арқылы мұнай температурасын кең аумақта реттеп отырады. От пештері (қыздырғыштар) металл цилиндр, немесе коробка пішінді болады. Олардың радиантты (жану камерасының жанында) және конвективті (пештің жоғарғы жағында, жану өнімдерінің жолында) қызу зоналары бар. Бұл зоналар бойымен құбырлар (қаншасы керек, соншама) орналасады. Пешке кірер алдында мұнай осы құбырларға бөлінеді. Жылу стансаларында негізгі және резервті от қыздырғыштар болады. От қыздырғыштар буға қарағанда тиімді, бірақ қауіпті, жылу тәртібінің өзгерісіне сезімтал: барлық құбырдағы мұнай шығыны бірдей болу керек, әйтпеген жағдайда құбырдың тесілуі, нәтижесінде қыздырғыштың жарылып-өртенуі мүмкін. Сорапты жылу стансаларында НМ сериялы орталықтан тепкіш сораптар қолданылады, олардың п.ә.к.-і 75-80%. Олар жылу алмастырғыштардың алдына орнатады (резервуар алдында тұтқырлық үлкен, ал жылу алмастырғыштан кейін сорап шығаратын арын мұнай суый бастаған кезде аз болып кетуі мүмкін).

Ыстық магистралды құбырөткізгіштерде (мысалы, Өзен - Атырау – Самара магистралды құбырөткізгішінде) от қыздырғыштар жиі қолданылады. Г9П02В радиантты-конвективті пешінің жұмыс принципі мынандай. Пештің іші радиантты және конвективті қызу зоналарына бөлінген. Радиантты қызу зонасының өзі де отқа төзімді кірпіштен қаланған қабырға арқылы екі бөлікке бөлінген. Пештің төменгі жағында 6 отын бүріккіш (форсунка) бар. Өзен - Атырау – Самара магистралды құбырөткізгішінде отын ретінде тасымалданатын мұнай қолданылады. Отын бүріккіштер отын ретінде газды да жаға алады. Радиантты зонада мұнай жүріп тұратын змеевик құбыры кронштейндерге бекітілген. Пеш қабырғасының іші отқа төзімді затпен, ал сырты жылу оқшаулатқышпен қапталған. Пеш биіктігі түтін шыққышсыз 10,5 м. Өткізу қабілеті 600 м³/сағ. Мұнай 30 дан 65⁰С дейін қыздырылады. Змеевиктің кірісіндегі максималь жұмыс қысымы 6,5 МПа – дан аспау керек. Пештің жылу өнімділігі 10500 кВт, ал ПӘК 0,77 (нақты мәні 0,5) шамасына дейін.

Қазір Г9ПОВ пешінің орынына жетілдірілген ПТБ-10 (П - печь; Т - трубчатая; Б - блочное исполнение; 10 – пештің номиналды жылулық қуаты, ккал/сағ) пешін қолдана бастады. ПТБ-10Ж пешінің жылу алмастырғыш камерасында каркас, жылу оқшаулатқыш жабынды, змеевик, деф­лектордың бағыттаушысы, жану камерасы, түтін шыққыш және сақтандырғыш қақпақ (клапан предохранительный (взрывной)) бар. ПТБ-10Ж пеші былай жұмыс істейді. Салқын мұнай құбырөткізгіш арқылы жылу алмастырғыш камераның коллекторына барады. Одан төрт ағын болып бөлініп, змеевиктің төменгі тармағына түседі. Ол жылу алмастырғыш камераның өсіне параллель орналасқан. Змеевиктің төменгі тармағынан өтіп барып, шығарғыш коллекторда жиналады. Жылу көзі – отынды газ, ол жылу алмастырғыш камера өсінің бойында орналасқан жану камерасында жанады. 1600...1700°С температураға дейін қызған жану өнімдері сопло-конфузор арқылы 100...120 м/с жылдамдықпен жылу алмастырғыш камераның ішіне кіреді. Ақырында жану өнімдері жылу алмастырғыш камераны түтін шыққыш арқылы тастап кетеді. Номиналды қуаты 11,6 МВт болатын ПТБ-10 пеші 6,4 МПа жұмыс қысымында жұмыс істейді, номиналды өнімділігі мұнай бойынша 416,6 т/сағ. Ол мұнайды 30...35 дан 65°С температураға дейін қыздыра алады.

Қазіргі кезде әлемде 50 шақты ыстық магистралды құбырөткізгіштер жұмыс істейді. Олардың ең ірісі Өзен - Атырау – Самара магистралды мұнай құбыры.

Құбырөткізгіштегі жылу балансының теңдеуін алғаш рет құрастырып, шешкен Ресей ғалымы В.Г.Шухов болатын. Ол құбырөткізгіш бойындағы мұнай температурасының өзгеруін сипаттайтын (жылу стансасынан х-қашықтықтағы) төмендегі өрнекті алды (Шухов формуласы):

, (113)

мұндағы - мұнайдың бастапқы қыздыру температурасы, - қоршаған орта температурасы, Шу - Шухов параметрі:

, (114)

D - құбырдың ішкі диаметрі, G - мұнайдың массалық шығыны, с- удельная мұнайдың меншікті жылу сиымдылығы, L- құбырөткізгіштегі жылу стансалары аралығының ұзындығы, K- құбырөткізгіштің жылу берілісінің толық коэффициенті (мұнайдан сыртқы ортаға). Осы коэффициенттің анықталу дәлдігі Шухов формуласының есептеу дәлдігін анықтайды. Шухов формуласы екі жылу стансалары аралығында ғана қолданылады (арынның жоғалуы да осы аралықта есептеледі)!

Мұнайдың аралық соңындағы температурасы (x=L болғанда) мынандай:

. (115)

В.Г.Шухов K- коэффициентін анықтаудың эксперименттік әдісін ұсынды. Егер құбырөткізгіш салынатын ауданда бұрыннан жұмыс істеп тұрған паралель ұқсас құбырөткізгіш болса, онда K- коэффициентін сол құбырөткізгіш үшін анықтауға болады. (113)-(115) бойынша . Осы коэффициент салынатын құбырөткізгішке де жарайды деп қабылдауға болады.

Құбырөткізгіш бойымен мұнай температурасы өзгеретіндіктен, оның тұтқырлығы да өзгереді, яғни құбырөткізгіштің бір бөлігінде ламинарлы, ал келесі бөлігінде турбулентті ағын тәртібі болуы мүмкін. Бұл тәртіптердің шекарасын анықтайтын Рейнольдс санының критикалық мәні 1000÷2000 аралықтарында болады (парафинді мұнай үшін Re_кр≈1000, ал парафині аз мұнай үшін Re_кр≈2000).

болғандықтан, тұтқырлықтың критикалық мәні

.

Рейнольдс-Филонов формуласын ескере отырып, мұнай температурасының критикалық мәнін де табуға болады:

. (116)

Яғни осындай температурада мұнай ағыны турбулентті тәртіптен ламинарлы тәртіпке ауысады. (113)-Шухов формуласынан х-қашықтықтың L_т критикалық мәні табылады:

, (117)

мұндағы

(118)

және - турбулентті тәртіптегі Шухов параметрі мен K- коэффициенті. Сонда 0≤х<х_кр мәндерінде ағын турбулентті, ал х_кр ≤х≤ L мәндерінде ағын ламинарлы тәртіпте жүреді. Сонда ламинарлы бөліктің ұзындығы:

L_Л= L- L_т. (119)

Әрбір бөліктерді есептегенде Шу_Т Шухов параметрі мен K_Т коэффициенті турбулентті тәртіпте ламинарлы тәртіптегі сәйкес Шу_Л және K_Л параметрлермен бірдей болмайтындығын ескерген жөн, яғни K_Т≠K_Л және Шу_Т≠Шу_Л;

. (120)

Бірнеше жағдай болуы мүмкін. Егер (117) -өрнектен табылған критикалық параметр (турбулентті бөліктің ұзындығы) х_кр≤0 аралығында жатса, онда мұнай ағынының тәртібі аралықтың барлық нүктелерінде ламинарлы болады, ал Шухов формуласы (113) түрінде болып, құбырөткізгіштің жылу берілісінің толық коэффициенті мынандай болады:

K= K_Л.

Егер (117) -өрнектен табылған критикалық параметр (турбулентті бөліктің ұзындығы) х_кр ≥L аралығында жатса, онда мұнай ағынының тәртібі аралықтың барлық нүктелерінде турбулентті болады, ал Шухов формуласы (113) түрінде болып, құбырөткізгіштің жылу берілісінің толық коэффициенті мынаған тең болады:

K= K_Т.

Егер (117) -өрнектен табылған критикалық параметр (турбулентті бөліктің ұзындығы) 0<х_кр<L аралығында жатса, онда мұнай ағынының тәртібі аралас болады, ағынның бастапқы жағы турбулентті тәртіпте, қалғаны ламинарлы тәртіпте жүреді. Ал Шухов формуласы төмендегі түрге келеді:

Егер 0≤х<х_кр, то , (121)

егер х_кр ≤х≤ L, то . (122)

(121) және (122) теңдеулерді бірге шешіп, аралас тәртіптегімұнайдың соңғы температурасын табатын өрнекті аламыз:

. (123)

Құбырдың толық жылу берілу (мұнайдан қоршаған ортаға) коэффициенті құбырдың ішкі (мұнайдан құбырдың ішкі бетіне) α₁ және сыртқы (құбырдың сыртқы бетінен қоршаған ортаға) α₂ жылу берілу коэффициенттерне, сол сияқты құбыр қабырғасының, оқшаулағыштың, тұрып қалған қақтың және т.б. жылулық кедергілеріне тәуелді:

; (124)

мұндағы D – құбырдың ішкі диаметрі, D_н - құбырдың сыртқы диаметрі (оранышсыз есептелген), - құбыр қабырғасының жылу өткізгіштік коэффициенті, - оранышпен қоса есептелген құбырдың сыртқы диаметрі, және - бірінші жылу оқшаулаушы қабаттың жылу өткізгіштік коэффициенті мен диаметрі, және - екінші жылу оқшаулаушы қабаттың жылу өткізгіштік коэффициенті мен диаметрі және т.с.с.

Оранышпен қоса есептелген сыртқы диаметрі 500 мм-ден артық жерасты құбырөткізгіші үшін K- коэффициенті былайша есептеледі:

, (125)

δ₁ - бірінші жылу оқшаулаушы қабаттың қалыңдығы, δ₂ - екінші жылу оқшаулаушы қабаттың қалыңдығы және т.с.с.

Құбырдың ішкі (мұнайдан құбырдың ішкі бетіне) α₁ жылу берілу коэффициенті жылу тәртібіне тәуелді:

, (128)

Nu - Нуссельт параметрі, ол М.А.Михеевтің критерилі теңдеулерімен анықталады:

- ламинарлы тәртіпте (Re₁<2000),

- аралық тәртіпте (2000<Re₁<10⁴); (129)

- турбулентті тәртіпте (Re₁≥10⁴);

(130)

Re₁ - дің аралық мәндерінде Нуссельт параметрі интерполяция әдісімен табылып тұр. «1»-индексі бар шамалар мұнайдың орташа интегралдық температурасында (Т_ср.1), ал «2»-индексі бар шамалар құбыр қабырғасының орташа интегралдық температурасында (Т_ср.2) есептелу керек. Турбуленттік аумақ үшін бастапқы температура Т_н, ал соңғы температура Т_кр, Ал ламинарлы аумақ үшін бастапқы температура Т_кр, ал соңғы температура Т_к. Сонда

- турбуленттік аумақта а:

Т_ср.1= . (131)

- ламинарлы аумақ үшін:

Т_ср.1= . (132)

Т_ср.2= . (133)

Алғашқы жуықтауда Т_ср.2≈Т_ср.1-20 деп алып, α₁ мәнін жуық табамыз да, (133) көмегімен Т_ср.2 мәнін қайта есептейміз (тексереміз).

Рейнольдс, Прандталь және Грасгоф параметрлері мынаған тең:

,

,

, (134)

β- мұнайдың көлемдік ұлғаю коэффициенті, м²/с.

Құбырдың сыртқы (құбырдың сыртқы бетінен қоршаған ортаға) α₂ жылу берілу коэффициенті құбырдың жүргізілу тұріне байланысты есептеледі. Жерүсті және суасты құбырлары үшін α₂ еріксіз, немесе еркін конвекцияның критерилі формулаларымен табылады. Тіреулерде орнатылған құбырлар үшін сыртқы жылу берілу коэффициенті конвекция мен радиацияның жылу берілу коэффициенттерінің қосындысына тең.

Топырақтан ауаға кететін жылу мөлшерін ескерген жағдайдағы жерасты құбырының сыртқы жылу берілу коэффициентін есептеу үшін мына формуланы қолданады:

, (135)

мұндағы λ_гр - грунттың жылу өткізгіштік коэффициенті, - оранышпен қоса есептелген құбырдың сыртқы диаметрі;

-

Био критериі, h₀ - құбырөткізгіштің өске дейін тереңдігі, α_в- грунт бетінен ауаға жылу берілу коэффициенті (α_в =(10÷18)Вт/(м²·К)),

.

Егер Био критериі үлкен және , болса, онда

. (136)

Бұл Форхгеймер формуласы.

Кейде жерасты құбырының сыртқы жылу берілу коэффициентін есептеу үшін Форхгеймера-Власова формуласын қолданады:

, (137)

> 1 болса (1% дәлдікпен):

. (138)

Аронса-Кутателадзе формуласын қолданған жөн, ол грунт-ауа шекарасындағы жылулық кедергіні, сол сияқты қар қабатының бар екендігін ескереді:

, (139)

мұндағы Nu – Нуссельт саны,

;

α_в - грунт бетінен (қар бетінен) ауаға жылу берілу коэффициенті; λ_в - ауаның жылу өткізгіштік коэффициенті; құбырды салудың келтірілген тереңдігі, ол құбырдың салыну тереңдігінен h₀ және эквиваленттік тереңдіктен тұрады h_э. Келтірілген тереңдік былайша анықталады:

h_п = h₀+h_снλ_г/λ_сн,

мұндағы h_сн – қар қабатының қалыңдығы; λ_сн – қардың жылу өткізгіштік коэффициенті: жаңа түскен қар үшін λ_сн =0,105 Вт/(м-К), тапталған қар үшін - λ_сн = 0,465 Вт/(м-К).

Жерасты құбырлары үшін, әсіресе жылулық оқшауланған құбырлар үшін турбуленттік ағын тәртібінде α₁>> α₂. Сондықтан көптеген жылулық есептеулерде l/ α₁D бөлік ескерілмейді.

Жылулық физикалық сипаттамалар Крего фор­муласымен есептелуі керек.

Для подземных магистральных трубопроводов при ламинарном режиме α₁и изменяется от 5 до 90, а при турбулентном режиме от 25 до 400 Вт/(м²·К)); α₂=(1,5÷7)Вт/(м²·К).

Егер құбырөткізгіштің оранышы болмаса, онда

. (140)

Егер жылу стансаларының аралықтарын грунттық жағдайларға байланысты жеке бөліктерге бөлсек, температураның өзгерістерін дәлдеу табуға болады. Температураның өзгерісін аралықтың бас жағынан (егер бастапқы қыздыру температурасы белгілі болса), немесе аралықтың соңынан (егер соңғы температура белгілі болса) бастап есептейді.

Құбырдағы арынның жоғалуы Лейбензонның жалпыланған формуласы арқылы есептеледі. Тек мұнай тұтқырлығының құбыр бойындағы және құбыр орталығынан оның қабырғасына қарайғы бағыттағы (радиаль бағыттағы, мұнай құбыр ортасынан шетіне қарай суыйды) тұрақты емес болғандықтан, Лейбензонның жалпыланған формуласы ағын тек бірыңғай турбулентті, немесе ламинарлы болған жағдайда былайша жазылады:

, (141)

мұндағы - мұнайдың бастапқы температурадағы тұтқырлығы,

. (111)

Бұл жерде , (т=1, β= - ламинарлы болған жағдайда, т=0,25, β= - турбулентті болған жағдайда).

(112)

- интегральдық көрсеткіш функциясы.

Егер Т_к<Т_кр<Т_н болса, онда құбыр бойында екі тәртіптегі ағын қатар жүреді және арынның жоғалуы екі қосынды көмегімен табылады:

, (113)

, (114)

. (115)

Бұл жағдайдағы температуралық түзетулер:

(116)

Ыстық құбырөткізгіштің арындық сипаттамасы ондағы арынның толық жоғалуының өткізу қабілетіне тәуелділігі. Ол тәуелділік (113)-формуладан табылады. Ыстық құбырөткізгіштің арындық сипаттамасын осы формула көмегімен салу мынандай қорытынды жасауға мүмкіндік берді. Ыстық құбырөткізгіштің арындық сипаттамасы 3 аумаққа бөлінеді (18-сурет). Мұнай шығыны Q аз болғанда, мұнай баяу қозғалып, құбырөткізгіштің бас жағында бірден суыйды да, қалған жерлерінде мұнайдың тұтқырлығы тұрақты болып (көп болып) қалады (1-аумақ). Сол сияқты мұнай шығыны Q көп болғанда, мұнай тез қозғалып, құбырөткізгіштің аяқ жағына дейін суымай жетеді де, мұнайдың тұтқырлығы барлық жерде тұрақты аз болады (3-аумақ). Бұл аумақтарда арындық сипаттама бұрын қарастырғандай, сызықтық түрде болады. 2-аумақта жағдай басқа: Q көбейгенде жылдамдық артып, мұнай тез суып үлгермейді, осы себепті тұтқырлығы азаяды. Тұтқырлықтың азаюы арынның жоғалуын азайтады, ол азаю Q артқандағы арын жоғалуының көбеюінен басым болып кетеді де, екі фактордағы жалпы арынның жоғалуы азаяды. Жұмыс нүктесі 3-аумақта (Q₃-нүктесі) болуы керек. 2-аумақ орнықсыз аумақ (Q₂-нүктесі): тұтқырлық болымсыз артса, сорап стансасының қажетті арыны көп керек болады да, ол арын жетпей қалады. Нәтижесінде жылдамдық азайып, тұтқырлық онан сайын артады да, ақырында жұмыс нүктесі 1-тұтқыр аумақтан (Q₁-нүктесі) бірақ шығады. Сол себепті осындай жағдайда қосымша арын тудыратын резерв сораптар стансаларда тұруы керек. Ол сораптар ыстық айдаудың бастапқы сәтінде де керек болады.

Магистралды ыстық құбырдың технологиялық есебі магистралды кәдімгі құбырдың технологиялық есебіне ұқсас болады: сорап стансаларының санын және олардың трассада орналасу нүктелерін, құбырөткізгіш құбырының ішкі және сыртқы диаметрлерін, құбырөткізгіштің нақты өткізу қабілетін табу. Одан басқа жылу оқшаулатқыштың ең тиімді қалыңдығын анықтайтын техникалық-экономикалық есеп, сол сияқты сорап және жылу станцияларының жалпы (қосынды) шығындары ең аз болатын тиімді қыздыру температурасын табу сияқты есептер қоса шығарылады.

Құбырға және резервуарларға жылу оқшаулатқыш орау қоршаған ортаға тарайтын жылу шығынын азайтуға мүмкіндік береді, есесіне құбырдың желілік бөлігінің бағасын арттырады. Осыған байланысты мұнайды қыздыруға (жылу станцияларына) және жылу оқшаулатқышқа кететін қосынды шығынның ең аз мәніне сәйкес жылу оқшаулатқыштың ең тиімді қалыңдығын анықтайтын техникалық-экономиалық есеп пайда болады. Көп жағдайларда жылу станцияларының (ТС- немесе қыздыру пункттері) аралықтарындағы мұнайдың бастапқы және соңғы температуралары шамамен практикадан белгілі, яғни Шухов параметрі де шамамен белгілі:

.

Сонда жылу станцияларының аралығы мынаған тең:

.

Жылу станцияларының саны:

Егер жылу оқшаулатқыштың қалыңдығын арттырсақ, онда К құбырдың толық жылу берілу коэффициенті азаяды да, жылу станцияларының саны аз болады (мұнайды қыздыру шығыны аз), есесіне жылу оқшаулатқыш материалына кететін шығын көбейеді. Мұнайды қыздыруға және жылу оқшаулатқыш материалына кететін қосынды шығынды тауып, оның ең аз мәніне сәйкес жылу оқшаулатқыштың D_из диаметрін табатын теңдеуді құрастырайық:

, (117)

мұндағы , ,

. L_тр – мұнай құбырының жалпы ұзындығы, t_н – мұнай құбырының өзін-өзі ақтауының нормалық мерзімі, s_тс - жылу энергиясының өзіндік құны (тг/Дж), λ_из, ρ_из и c_из- жылу оқшаулатқыш материалының жылу өткізгіштік коэффициенті, тығыздығы және өзіндік құны (тг/кг):

. (118)

Жерүсті мұнай құбырлары үшін жылу оқшаулатқыштың ең тиімді қалыңдығы берілген жылу шығындарының ең аз мәндері бойынша, немесе мұнайдың қатып, не шайырланып қалмау шартынан, немесе техникалық-экономикалық есептеу көмегімен табылады. Соңғы жағдайда есеп жерасты магистралды мұнай құбырларындағы жылу оқшаулатқыштың ең тиімді қалыңдығын анықтайтын техникалық-экономиалық есепке ұқсас шығарылады.

Мұнайдың бастапқы температурсы Т_н кокстену температурасынан аз және шайырлану температурасынан көп болу керек. Мұнайдың қыздыру температурасын арттыру оның тұтқырлығын азайтып, сорап станциясының айдауын жеңілдетеді, бірақ жылу станцияларының шығынын арттырады, және, керісінше, қыздыру температурасын азайту оның жалпы тұтқырлығын көбейтіп, сорап станциясының айдауын ауырлатады (механикалық энергиянының шығынын арттырады), бірақ жылу станцияларының шығыны бұл жағдайда аз. Яғни сорап және жылу станцияларының жалпы (қосынды) шығындары ең аз болатын тиімді температура болуы керек. Оны табу үшін осы екі станцияның шығынын жеке-жеке есептейік.

Бірлік уақыт ішіндегі сорап станциясының айдауға кететін шығыны (тг/с):

,

бұл жерде η_нс – сорап станциясының п.ә.к., σ_нс - сорап станциясы қуатының өзіндік құны (Вт/тг). Бірлік уақыт ішіндегі жылу станциясының мұнайды қыздыруға кететін шығыны (тг/с):

,

бұл жерде η_тс – жылу станциясының п.ә.к., σ_тс- жылу станциясы қуатының өзіндік құны (Вт/тг). Жылу станциясы аралығындағы мұнайдың соңғы температурасы:

Т_к= Т₀+( Т_н -Т₀)e^-Шу,

Н=βQ^2-mν_н^mL/D^5-mΔ(Т_н)

болғандықтан S_нтс= S_нс +φ_N∙S_тс=σ_нсρgHQ/η_нс + φ_N∙σ_тссρQ(Т_н-Т_к)/η_тс.

Мұндағы φ_N - жылу станциясы санының сорап станциясы санына орташа еселік коэффициенті (орташа есеппен жылу станциялары сорап станцияларынан неше есе көп екендігін көрсетеді). Осыдан қосынды шығынның бастапқы температураның функциясы екендігі шығады:

S_нтс=ρQ{σ_нсg βQ^2-mν_н^mL/D^5-mΔ(Т_н)/η_нс + φ_N∙σ_тсс[Т_н- Т₀+( Т_н -Т₀)e^-Шу]/η_тс}.

Бұл жерде H – жылу станциялары аралығындағы арынның толық жоғалуы, - бастапқы Т_н температурадағы мұнайдың бастапқы тұтқырлығы,

.

Мұнда , α₁- құбырдың ішкі (мұнайдан құбырдың ішкі бетіне) жылу берілу коэффициенті, - интегралдық көрсеткіштік функция.

Осы функциясының ең аз мәніне қыздырудың ең тиімді температурасы Т_н сәйкес келеді. Функцияның минимумын табу әдетте графиктік әдіспен, немесе компьютер программасының көмегімен табылады. Бұл жағдайда Шухов параметрін жуықтап, тұрақты деп есептейді:

.

Айдаудың температуралық тәртібін, жылу оқшаулатқыш қалыңдығын, қыздыру пункттерінің және сорап станцияларының санын оптималдау есептерінде мынандай шектеулерді ескеру қажет:

1) қыздыру пункттерінің саны п_ТС және сорап станцияларының саны п бүтін болу керек, сорап станциясы сонымен бірге қыздыру пункті де болады;

2) жылу оқшаулатқыш қалыңдығы ең аз рұқсат етілген мәндерден аз болмау керек (технологиялық болжамдармен), яғни δ_из≥[ δ_из].

3) мұнайдың бастапқы және соңғы температуралары (ең көп және ең аз) рұқсат етілген мәндерінің шектерінде жату керек, яғни Т_н≥ [Т_н] және Т_к ≤ [Т_к];

Құбырдың берілген өнімділігіндегі сораптарды таңдау мен олардың айдау станциясындағы сандарын анықтау төмендегі жолмен жүргізіледі. Ең алдымен тұтқыр мұнайды айдаудың сағаттық өнімділігі арқылы сораптың түрін алдын-ала таңдау жасалады. Содан кейін v_п өтпелі кинематикалық тұтқырлық есептеледі: (мұнай тұтқырлығы бұл тұтқырлықтан асып кетсе, онда ортадан тепкіш сораптардың арындық сипаттамалары қайта есептеледі). Бұл формуламен есептеу негізгі сорап үшін де, тегеурін сорап үшін де жүргізіледі. Табылған өтпелі кинематикалық тұтқырлықты мұнайдың резервуардан сорып алынған кезіндегі және негізгі сораптармен сорылған кезіндегі тұтқырлығымен салыстырады. Тегеурін сораптар үшін мұнайды резервуардан сорып алу температурасы оның кавитациясыз жұмыс істеу шартымен ғана анықталса, негізгі сораптар үшін ол температура алдын-ала белгісіз. Алғашқы нұсқа үшін оны (бастапқы температураны) рұқсат етілген ең үлкен [Т_н] бастапқы температураға тең деп алуға болады, нәтижесінде оптималдау есебінің үшінші шектеуі бірден ескеріледі. Осы қабылданған температурада мұнайдың тұтқырлығы есептеліп, қажет болған жағдайларда негізгі сораптардың сипаттамалары қайта есептеледі. Мұнайды резервуардан сорып айдаған кездегі Т_вык температура мен мұнайдың бастапқы (негізгі сораптың ішінде болған кездегі) температурасының әртүрлі болатындығын ескерсек, онда бас сорап станциясындағы жұмыстық қысым мынаған тең болады:

Р=g (ρ_нm_мнh_мнv + ρ_выкH_2v),

мұндағы ρ_н, ρ_вык – мұнайдың Т_н және T_вык температуралардағы тығыздығы; h_мнv, H_2v – айдау температураларындығы негізгі және тегеурін сораптардың арыны. Р ≤ Р_арм (Р_арм – бекітуші арматураның беріктік шегі) шарты орындалған жағдайдағы бір сорап станциясының арыны мынаған тең болады: H_стv = m_мнh_мнv. Егер осы шарт орындалмаса, онда ең алдымен H_2v арынды, ал ол шара жеткіліксіз болып шықса, онда h_мнv арынды азайту шараларын қарастырады. Мұнайдың соңғы температурасын табу үшін ең алдымен берілген п станция санында арындар балансының теңдеуінен мұнайдың құбырдағы орташа тұтқырлығы табылады, сонан кейін айдаудың сәйкес орташа температурасы табылады. Ең ақырында ізделінді шама табылады. Жылу оқшаулатқыштың сыртқы диаметрін (118)- формуладан анықтайды.

Сорап станцияларын есептеу алгоритмі мынандай болады:

1) қыздыру пункттерінің n_ТС есептік санын табады;

2) жобалық шығын жағдайында мұнайдың Т_кр критикалық температурасы табылады;

3) құбырдағы турбулен­тті L_т және ламинарлы L_л ағын тәртібі болатын бөлімшелердің ұзындығы есептеледі;

4) осы бөлімшелердегі және бүкіл қыздыру пункттерінің аралығындағы арындардың жоғалуын табады;

5) сорап станцияларының санын төмендегі формуладан анықтайды:

, (119)

бұл бөлшектің алымында құбыр трассасы бойындағы арындардың толық жоғалуы тұр. Ыстық мұнай құбырларын жобалаудан белгілі болғандай, сорап станция аралықтары 50-ден 150 км-ге дейінгі қашықтықта. Бұл сорап станциялары сандарының өзгеру аумақтарын білуге көмектеседі, олар n_min=L_тр /150≤ п_НС ≤ L_тр /50= n_max интервалда жатады. Егер табылған станция саны осы интервалда болса, оны жақын бүтін санға дейін дөңгелектейміз. Жылу станциясының санын да солайша дөңгелектейміз. Дөңгелектеуді үлкен жаққа жүргізу дұрыс, бұл мұнайды қыздырудың температурасын азайтуға әкеледі және ерекше жағдайлардағы (станцияның тоқтатылған кезіндегі, құбырды іске қосқан кездегі) ыстық құбырдың сенімділігін арттыруға себеп болады.

Мұнай температурасының өзгеруі трасса кескініне байланыссыз болатындықтан, жылу станцияларын трассада біркелкі, тең аралықтар сайын орналастырады. Сорап станциясын орналастыруда Шухов әдісін қолдануға болады, бұл жағдайда гидравликалық үшбұрышты арынның параболалық өзгеуімен алмастырады. Мұндай қисық салу үшін арынның кем дегенде бес нүктедегі мәндерін есептеу керек (әйтпесе қисық дұрыс салынбайды). Бұлай салу өте күрделі. Бұдан кейін жылу станцияларының орнын дәлдестіріп іздеу керек. Мәселе мынада: оларды мүмкіндігінше сорап станцияларымен біріктіруге тырысады, бұл жағдайда шығын азаяды. Ал жылу станцияларын орналастырғаннан кейін мұнайдың бастапқы және соңғы температураларын дәлдестіріп, қайта есептейді. Әйтпегенде табылған станция арыны аз болып кетуі мүмкін.

Жылу станцияларын орналастыру оңай сияқты: көлденең масщтабта тең кесінділерді өлшеп, салса жеткілікті. Бірақ бұл жағдайда сорап станциялары жылу станцияларымен бірлеспей қалуы мүмкін. Осыған байланысты жылу станцияларын орналастырудың мынандай алгоритмін ұсынады: L_i сорап станцияларының аралығын L_тс жылу станцияларының аралығына бөледі:

n_TCi= L_i / L_тс

(бұл сан әдетте бөлшек болып табылады). Осы санды үлкен жаққа қарай дөңгелектеп, бір сорап станциясы аралығына неше жылу станциясы болатынын табады. Осыдан соң әрбір сорап станциялары аралықтарындағы жылу станцияларының ара қашықтықтары қайта есептеледі (n_TCi -бүтін сан):

L_тсi = L_i /n_TCi.

Негізгі әдебиеттер: 1 нег. [274-283], 2 нег. [115-133], 3 нег. [312-317]

Қосымша әдебиеттер: 4 қос. [120-236]

Бақылау сұрақтары:

1. Тұтқыр мұнайларды айдаудың ең көп тараған әдісі қандай?

2. Ыстық айдау әдісінің бас сұлбасысын түсіндіріңіз.

3. Турбулентті және ламинарлы бөліктің ұзындықтары қалай табылады?

4. Ыстық құбырөткізгіштің арындық сипаттамасын түсіндіріңіз.