Проектирование и гидравлический расчет газонефтепровода

Введение

Выполнение индивидуального задания предполагает технологический расчет магистрального нефтепровода (МНП) (определение толщины стенки нефтепровода, гидравлический расчет, подбор насосно-силового оборудования, определение числа насосных станций), а также расчет объемов производства и финансовые показатели.

Основные понятия:

Магистральный нефтепровод (МНП)- инженерное сооружение, состоящее из трубопроводов с арматурой и связанных с ними нефтеперекачивающих станций, хранилищ нефти и других технологических объектов, обеспечивающих приемку, транспортировку, сдачу нефти потребителям, или перевалку на другой вид транспорта.

Нефтепровод- сооружение из труб, соединительных деталей и арматуры для перекачки нефти на расстояние.

Нефтепровод основной (основная нитка)- однониточный нефтепровод, соединяющий головную насосную станцию и конечный пункт магистрального нефтепровода.

Напор жидкости - линейная величина, выражающая удельную (отнесенную к единицы веса) энергию потока жидкости в данной точке.

Динамическая вязкость – свойство жидкости или газа оказывать сопротивление перемещению одних ее частиц относительно других.

Кавитация – образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных газом, паром или их смесью. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости. Перемещаясь с потоком в область с более высоким дав-лением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырек захлопывается, излучая при этом ударную волну

Насос – устройство (гидравлическая машина) для напорного перемещения жидкости в результате сообщения ей внешней энергии (потенциальной и кинетической).

Нефтеперекачивающая станция – комплекс сооружений и устройств для приема и перекачки нефти насосными установками по магистральному нефтепроводу

Подпорная насосная – комплекс технологического оборудования, обеспечивающий безкавитационную работу магистральных насосных агрегатов

Пропускная способность – расчѐтное количество нефти, которое может пропустить нефтепровод в единицу времени при заданных параметрах нефти, с учетом установленного оборудования и несу-щей способности трубопровода

Расход (подача) жидкости – объем жидкости, протекающей через сечение в единицу времени (м³/c).

.

Пример расчета.

Выполнить технологический расчет нефтепровода при следующих исходных данных.

G, млн.т/год	L, км	Z1, м	Z2, м	t оС	, кг/м3	м2/с
						283 К	293 К
36	708	197	106	-1	849	0,180	0,137

Примечание. t ^оС – средневзвешенная температура перекачиваемой по МНП нефти; ₂₀⁰ кг/м³ и , м²/с – соответственно плотность и кинематическая вязкость нефти в стандартных условиях (нормальном атмосферном давлении Рст = 0,1МПа = 1атм = 1кг/см² и температуре t = 20 ^оС); G млн т нефти в год – это плановое задание на перекачку или грузопоток в нефтепро-воде; L, км – протяжѐнность МНП (геометрическая длина МНП); Z₂ - высотная отметка конечная (резервуары нефтеперерабатывающего завода или нефтеналивного терминала) и начального Z₁ (голов-ная нефтеперекачивающая станция) пунктов МНП

Определение характеристик нефти при температуре (t = –1 ^оС)

Ее перекачки

1. Плотность нефти

где плотность при 20 ^оС, (кг/м³); температурная поправка, (кг/м^3оС);

Температурная поправка зависит от плотности:

(кг/м^3оС);

(кг/м³);

2. Используя формулу Филонова-Рейнольдса определим вязкость нефти:

, где

параметры вязкости и известны и взяты при температуре и

(м²/с)

По известным значениям кинематической вязкости от температуры, приведенных в Приложение1, строится зависимость .(рис.1), и по нему находим значение вязкости при Т=272К, равное (м²/с)

Рис. 1 Кривая зависимости кинематической вязкости нефти от температуры

3. Определение часовой пропускной способности нефтепровода по формуле:

где коэффициент, учитывающий возможность перераспределения потоков в процессе эксплуатации нефтепровода; для однотрубных нефтепроводов он равен 1,07; для параллельных двухтрубных нефтепроводов, образующих единую систему он равен 1,05; для нефтепромысловых магистралей равен 1,10; в нашем случае выберем =1,07;

число рабочих дней трубопровода в году, определяется в зависимости от диаметра и длины трубопровода. Таблица 1.

Нормативная годовая продолжительность (в сутках) работы магистрального нефтепровода

Таблица 1

Протяженность L, км	Диаметр нефтепровода, Dн, мм
	до 820	свыше 820
250	357	355
250 L 500	355	351
500 L 700	352	349
L>700	350	349

В нашем случае , тогда =5300 (м³/ч);

Секундный расход ; (м³/с);

В соответствие с расчетной часовой пропускной способностью выберем марку магистрального насоса (НМ). Приложение 2. выбираем центробежный насос НМ10000-210. Со сменным ротором на =5000 м³/ч.

Общие технические условия на магистральные насосы НМ определяются ГОСТ 12124-87 «Насосы центробежные нефтяные для магистральных трубопроводов». Маркировка НМ10000-210 расшифровывается так: насос магистральный с номинальной подачей (с основным рабочим колесом) =10000 (м³/ч) и номинальным напором Н_он=210 (м).

Из приложения 3 выбираем подпорный насос НМП-5000-115 с секундным расходом =1,389 (м³/с) и напором =115 (м).

По характеристике Н-Q насоса (см.рис 2) определяем напор насоса Н_нас соответствующий часовому расходу Q_ч=5300 (м³/ч). Находим Н_на=205 (м).

Рис. 2. Характеристика Н-Q насоса НМ10000-210.

Для перекачки нефти расходом =5300 (м³/ч). Головную насосную станцию комплектуют тремя основными насосами НМ10000-210 со сменным ротором на =5000 (м³/ч).(т.к. требуемая подача насосов больше 360 м³/ч) одним резервным, одним основным и одним резервным подпорным насосом НМП-5000-115.

4. Общий напор, создаваемый головной насосной станцией рассчитывается по формуле:

;

(м)

5. Расчетное давление в нефтепроводе будет равно:

:

(МПа);

Механический расчет нефтепровода

По данным Приложения 4 для давления Р=6,18 МПа выбираем диаметры трубопровода:

1220 мм с толщиной стенки 10-16 мм, марка стали О9ГБЮ;

1020 мм с толщиной стенки 10-16 мм, марка стали 12ГСБ;

820 мм с толщиной стенки 8-12 мм , марка стали 13Г2АФ

6. Определим внутренний диаметр нефтепровода для давления Р=6,18МПа.

;

(м)

(м/с) ориентировочная скорость перекачки нефти.

Исходя из наших расчетов наиболее удовлетворительный диаметр трубопровода должен быть 1220 мм.из стали марки О9ГБЮ временное сопротивление стали на разрыв МПа, коэффициент надежности по материалу .

Перекачку нефти предполагают вести по системе «из насоса в насос», тогда ; ; ;

коэффициент надежности по нагрузке, равный: 1,15-для нефтепроводов, работающих в системе «из насоса в насос»; 1,1-во всех остальных случаях;

коэффициент условий работы трубопровода, (0,75-0,9) примем его равным 0,9.

коэффициент надежности, по назначению трубопровода зависящий от диаметра: если мм, то ; если мм, то . (СНиП2.05.06.-85)

7. Определим расчетное сопротивление металла трубы по формуле:

;

нормативное сопротивление равное минимальному пределу прочности (для стали О9ГБЮ МПа. Приложение 4).

(МПа)

8. Определим расчетное значение толщины трубопровода по формуле:

;

где коэффициент перегрузки (для труб диаметром более 700 мм равен 1,15, во всех остальных случаях он равен 1,1);

наружный диаметр трубопровода, мм;

расчетное давление трубопровода, МПа;

(мм)

Полученное выражение округляем в большую сторону до стандартного значения и принимаем толщину стенки равной 13 мм.