
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 |
|
|
|
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
Плотность нефти
где
плотность
при 20 оС, (кг/м3);
температурная
поправка, (кг/м3оС);
Температурная
поправка
зависит
от плотности:
(кг/м3оС);
(кг/м3);
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
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 |
|
357 |
355 |
250 |
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 Нон=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 Ннас соответствующий часовому расходу Qч=5300 (м3/ч). Находим Нна=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.
Общий напор, создаваемый головной насосной станцией рассчитывается по формуле:
;
(м)
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
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)
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.