12 Порядок расчета пропускной способности действующего узла с предохранительными клапанами

Для действующих НПС цель расчета заключается в проверке соответствия пропускной способности предохранительных клапанов в узле, для этого:

12.1 Рассчитать пропускную способность узла № 1 по формуле (11).

12.2 Рассчитать потери давления в системе обвязки от точки 1 до точки 5

(Р _1-5 ), приняв, что расход через каждый клапан составляет величину Q_Т/n, где n - количество установленных в узле № 1 рабочих клапанов.

12.3 Рассчитать потери давления в трубопроводе сброса от точки 5 до точки 8 по формуле (12), а давление P₂ по формуле (13).

12.4 Рассчитать пропускную способность клапана Q_КЛ по формуле (1).

12.5 Рассчитать пропускную способность предохранительных клапанов, установленных в узле (n·Q_КЛ).

12.6 Если (n·Q_КЛ)  Q_Т, то необходимо проводить реконструкцию узла с предохранительными клапанами, если (n·Q_КЛ)  Q_Т, то реконструкция не требуется.

Приложение а (справочное) Пример расчета требуемого количества предохранительных клапанов, устанавливаемых клапанов, устанавливаемых в узле №1

13.1 Задача расчета.

Определение требуемого количества предохранительных клапанов, устанавливаемых в узле № 1.

13.2 Исходные данные.

13.2.1 Схема установки предохранительных клапанов в узле № 1 приведена на рисунок 2.

13.2.2 Исходные данные для расчета числа клапанов приведены в таблице 1.

Т а б л и ц а 1 - Исходные даные

	Наименование параметра	Условное обозначение	Размерность	Численное значение
1	Номер узла предохранительных клапанов	Узел предохранительных клапанов № 1
2	Параметры предохранительных клапанов:
	- номинальный диаметр	DN	мм	200
	- номинальное давление	PN	МПа	1,6
	- коэффициент расхода		-	0,53
	- диаметр седла	Dc	мм	142
	- проходная площадь в седле	F	мм2	15836,8
3	Проектная производительность нефтепровода	G	млн.т/год	62,0
4	Коэффициент неравномерности перекачки	K	-	1,07
5	Расчетная плотность нефти		кг/м3	860,0
6	Расчетная вязкость нефти		сСт	20,0
7	Высотные отметки:
	- положения предохранительного клапана	Z1	м	53
	- верхней образующей трубопровода сброса нефти в точке ввода в резервуар	Z2	м	68
8	Рабочее давление в защищаемом трубопроводе	PРАБ	кгс/см2	3,5
9	Максимальное давление в защищаемых трубопроводах	PMAX	кгс/см2	10,0
10	Количество резервуаров сброса	n	шт	2

1. Производительность узла предохранительных клапанов

м³/час .

Рисунок 2. Схема установки предохранительных клапанов в узле № 1

2. Гидростатическое давление за клапаном согласно формуле (7)

Рст = [(Z₂ – Z₁)·ρ]/10⁴ = [(68 – 53)·860]/10⁴ = 1,29 кгс/см2.

3. Давление перед предохранительным клапаном в положении его полного открытия согласно п. 10,5 принимается

Р₁ = 10,00 кгс/см2.

4. Давление начала открытия предохранительного клапана

Рно = Рраб + 2 = 3,5 + 2 = 5,50 кгс/см2.

5. Давление полного открытия предохранительного клапана

Рпо = 1,15·Рно = 1,15·5.5 = 6,33 кгс/см2.

Величина давления Рпо удовлетворяет условию Рпо  Рmax (6,33  10,00).

13.3 Расчет минимального количества предохранительных клапанов.

Исходные данные для данного расчета представлены на рисунок 2 и в таблице 1.

Расчет гидравлических потерь в трубопроводах сброса на участках 5 – 8 без учета потерь напора в обвязке узла предохранительных клапанов приведен в таблице 2 .

6. В первом приближении величина давления за предохранительным клапаном Р₂ в соответствии с таблицей 2 составит

Р₂ = (Нст +Н_5-8)·/104 =[(15 + 4,0) ·860]/10⁴ = 1,634 кгс/см2.

7. При этом расход через предохранительный клапан определится как:

1316,3 м³/час.

8. Следовательно, при этом минимальное количество предохранительных клапанов будет соответственно равно:

шт.

(С учетом неучтенных потерь напора на участках 1 – 5 принимается n = 7 шт.).

Для уточнения выбранного количества предохранительных клапанов учтем потери напора в обвязке предохранительных клапанов на участках 1 – 5. Результаты данного расчета представлены в таблице 3.

9. При этом величина давления за предохранительным клапаном Р₂ в соответствии с п. 2 и таблицой 2 и 3 будет равна:

Р₂ = (Нст +Н_1-5 + Н_5-8)·/10⁴ =[(15 + 6,60 + 4,00)·860]/10⁴ = 2,20 кгс/см2 .

10. С учетом потерь напора в обвязке предохранительных клапанов, число которых в соответствии с п. 8 принято равным 7 шт., расход через предохранительный клапан определится как:

.

11. Полученное значение Q_кл соответствует количеству предохранительных клапанов:

шт.

Так как полученное значение количества предохранительных клапанов отличается от принятого в расчетах (7 шт.), требуется проведение повторного расчета потерь напора в обвязке предохранительных клапанов с учетом установки 8-ми клапанов. Результаты данного расчета представлены в таблице 4.

12. При этом величина давления за предохранительным клапаном Р₂ в соответствии с таблицей 2 и 4

Р₂ = (Нст +Н_1-5 + Н_5-8)·/104 =[(15 + 4,80 + 4,00)·860]/10⁴ = 2,05 кгс/см2.

13. При этом расход через предохранительный клапан

м³/час .

14. В этом случае необходимое количество предохранительных клапанов

шт.

Таким образом, в соответствии с представленными расчетами (см. таблицу 3 и 4) число рабочих предохранительных клапанов должно быть принято равным 8 шт.

15. Общее количество предохранительных клапанов с учетом резерва равно:

N = n + 2 = 8 + 2 = 10 шт.

16. Давление настройки пружины предохранительных клапанов

Рнп = Рно – Рст = 5,5 – 1,29 = 4,21 кгс/см2.

17. Давление закрытия предохранительного клапана (Р_З) должно отвечать условию Рз  0,8·Рно (Рз  0,8·5,5), то есть Рз  4,4 кгс/см2, что больше Р_РАБ = 3,5 кгс/см2 (см. п. 7.4).

18. Потери давления в трубопроводе сброса не должны превышать величины (по п. 7.2)

Рпот  Рmax – Рпо .

При подстановке в данное неравенство числовых значений получим

0,685  (10 – 6,33) или 0,685  3,67 кгс/см2,

что удовлетворяет требованиям по допустимым потерям в трубопроводе сброса.

Таблица 2 - Гидравлические параметры трубопроводов сброса на участке 5 – 8

Участок трубопровода	Исходные данные				Расчетные значения
	Гидравлические параметры	Условные обозначения	Размерность	Численное значение	Скорость движения нефти, м/сек	Число Re	Коэффициент гидравлического сопротивления	Потери напора, м
5 - 6	1. Трубопровод - расход; -внутренний диаметр; - длина. 2. Отвод 90	1·Qт D L	м3/час мм м шт.	9183 1000 50 4	3,248	162396	0,0163 0,5	0,439 1,075
6 - 7	1. Трубопровод - расход; -внутренний диаметр; - длина. 2. Тройник вытяжной (разделение потоков)	½ · Qт D L Qвх / Qвых Dвх / Dвых	м3/час мм м шт. шт.	4592 1000 30 1 1/2 1000/1000 1	1,624	81198	0,0187 4,3	0,076 0,578
7 - 8	1. Трубопровод - расход; -внутренний диаметр; - длина. 2. Отвод 90 3. Переходник (Конфузор)	½ · Qт D L Dвх; Dвых	м3/час мм м шт. шт.	4592 704 30 5 1000/704 1	3,277	115338	0,0174 0,5 0,1	0,406 1,368 0,055
								Суммарные потери напора, Н 5-8 = 4.00м

Таблица 3 - Гидравлические параметры трубопроводов сброса на участке 1 – 5

Участок трубопровода	Исходные данные				Расчетные значения
	Гидравлические параметры	Условные обозначения	Размерность	Численное значение	Скорость движения нефти, м/сек	Число Re	Коэффициент гидравлического сопротивления	Потери напора, м
1 - 2	1. Трубопровод - расход; -внутренний диаметр; - длина. 2. Тройник приточный (боковое ответвление) 3. Задвижка	1/7 · Qт D L Qвх / Qвых Dвх / Dвых	м3/час мм м шт. шт.	1312 313 2,0 7 1000/313 1 1	4,736	74120	0,0209 2,66 0,2	0,153 3,04 0,228
2 - 4	Переходник (Конфузор)	1/7 · Qт Dвх; Dвых	м3/час мм; мм шт.	1312 313; 200 1	11,6		0,1	0,686
4 -5	1. Трубопровод - расход; -внутренний диаметр; - длина. 2. Задвижка 3. Отвод 90 4. Тройник вытяжной (соединение потоков)	1/7 · Qт D L Dвх / Dвых	м3/час мм м шт. шт. шт.	1312 313 2 1 1 313/1000 7	4,736	74120	0,0209 0,2 0,5	0,153 0,228 0,572 1,544
								Суммарные потери напора, Н 1-5 = 6,60м

Таблица 4 - Гидравлические параметры трубопроводов сброса на участке 1 – 5

Участок трубопровода	Исходные данные				Расчетные значения
	Гидравлические параметры	Условные обозначения	Размерность	Численное значение	Скорость движения нефти, м/сек	Число Re	Коэффициент гидравлического сопротивления	Потери напора, м
1 - 2	1. Трубопровод - расход; -внутренний диаметр; - длина. 2. Тройник приточный (боковое ответвление) 3. Задвижка	1/8 · Qт D L Qвх / Qвых Dвх / Dвых	м3/час мм м шт. шт.	1148 313 2,0 7 1000/313 1 1	4,144	64855	0,0214 2,30 0,2	0,120 1,955 0,175
2 - 4	Переходник (Конфузор)	1/8 · Qт Dвх; Dвых	м3/час мм; мм шт.	1312 313; 200 1	10,15		0,1	0,525
4 -5	1. Трубопровод - расход; -внутренний диаметр; - длина. 2. Задвижка 3. Отвод 90 4. Тройник вытяжной (соединение потоков)	1/8 · Qт D L Dвх / Dвых	м3/час мм м шт. шт. шт.	1312 313 2 1 1 313/1000 8	4,144	64855	0,0214 0,2 0,5	0,120 0,175 0,438 1,284
								Суммарные потери напора, Н 1-5 = 4,80м

Приложение Б (справочное)

Схема размещения узлов с предохранительными клапанами на НПС

Приложение В

(справочное)

Форма представления исходных данных для создания расчета требуемого количества предохранительных клапанов

№ пп.	Наименование параметра		Условное обозначение	Размерность	Численное значение
1	Номер узла предохранительных клапанов
2	Параметры устанавливаемых предохранительных клапанов:
	- номинальный диаметр		DN	мм
	- номинальное давление		PN	кгс/см2
	- коэффициент расход			-
	- диаметр седла		Dc	мм
	- площадь седла		F	мм2
3	Проектная производительность нефтепровода		G	млн.т/год
4	Коэффициент неравномерности перекачки		K	-
5	Расчетная плотность нефти			кг/м3
6	Расчетная вязкость нефти			сСт
7	Высотные отметки:
	- положения предохранительного клапана		Z1	м
	- верхней образующей трубопровода сброса нефти в точке ввода в резервуар		Z2	м
8	Рабочее давление в защищаемом технологическом трубопроводе		PРАБ	кгс/см2
9	Максимально допустимое давление в защищаемых технологических трубопроводах		PMAX	кгс/см2
10	Количество резервуаров сброса		Nрез	шт.
11	Характеристика трубопровода сброса
	Трубопровод
	- доля от полного расхода		Q/QТ	-
	- диаметр х толщина стенки		D х	мм х мм
	- длина		L	м
	Диффузор / Конфузор
	- доля от полного расхода		Q/QТ	-
	- диаметры х толщины стенок		Dвх х ; Dвых х	мм х мм ; мм х мм
	- количество		n	шт.
	Тройник (вытяжной / приточный)
	- направление течения (прямой проход, слияние или разделение потоков)
	- доля от полного расхода		Qвх/QТ ; Qвых/QТ ; Qб/QТ	- - -
	- диаметры х толщины стенок		Dт х ; Dб х	мм х мм ; мм х мм
	- количество		N	шт.
	Отвод (вид отвода)
	- доля от полного расхода		Q/QТ	-
	- диаметр х толщина стенки		D х	мм х мм
	- количество		n	шт.