2.4. Характеристика трубопровода

При подаче жидкости центробежным насосом в напорный трубопровод подача насоса и развиваемый им напор зависят от сопротивления трубопровода. Кривую, выражающую зависимость потери напора трубопровода от производительности перекачки по нему, называют характеристикой трубопровода и выражают ее в тех же координатах, что и характеристику насоса. Общая потеря напора Н₀ слагается из потерь на трение h и преодоление разности нивелирных отметок Z:

H₀ =  Q^2-m ^m L/D^5-m +Z (2.12)

Если трубопровод имеет участки с лупингами, то при одинаковых диаметрах лупинга:

H₀ = i(L-x)+i_л x++Z (2.13)

где x – суммарная протяженность лупингованных участков.

Уравнения (2.5) и (2.6) являются аналитическими выражениями характеристики трубопровода. Величины L, D,  определяют крутизну характеристики: чем больше вязкость нефти, протяженность трубопровода или меньше его диаметр, тем характеристика круче. Построение характеристики трубопровода производится с помощью гидравлического расчета. Для этого, задавать рядом значений Q, определяют величины напора Н. Значения Н наносят на график, и полученные точки соединяют плавной кривой, представляющей собой характеристику трубопровода.

2.5. Совмещенная характеристика насосных станций и трубопровода

Если на график Н — Q (рис. 2.3) нанести суммарную характеристику газопровода, то совместный график называют совмещенной характеристикой.

Точка пересечения характеристик насоса и трубопровода является рабочей точкой насоса, которой соответствуют определенные значения Q и Н. На рис. 2.3 представлены совмещенные рабочие характеристики насоса и трубопровода. Рабочая характеристика трубопровода при геометрическом напоре, равном нулю, представлена кривой 1 (см. рис. 2.3, а). При перекачке жидкости с подъемом на некоторую высоту Н_ст рабочая характеристика перемещается на графике в положение 2,

Рис. 2.3. Рабочие характеристики центробежного насоса и трубопровода:

а — рабочие характеристики насоса и трубопровода; б — смещение рабочей точки при изменении характеристики трубопровода; 1 —характеристика трубопровода при Н_ст= 0; 2 — характеристика трубопровода с подъемом жидкости на высоту Н_ст; 3 — характеристика центробежного насоса

соответствующее в масштабе напоров высоте Н_ст. Точка А — рабочая точка насоса. Каждой характеристике трубопровода соответствует своя рабочая точка, так как ее положение на кривой Н — Q зависит от кривизны линии характеристики.

При проектировании трубопроводов и подборе насосов необходимо стремиться к тому, чтобы рабочая точка насоса находилась на ординате максимального КПД (). Из рис. 2.3, б видно, что наибольшее значение КПД будет для трубопровода с рабочей точкой А₁, которой отвечают производительность Q₁ и напор Н₁.

3. СОРТАМЕНТ ТРУБ И ЭЛЕМЕНТЫ ТРУБОПРОВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ

Трубопроводные сети составляются из следующих основных элементов:

1. труб разного назначения;

2. соединительных частей (фланцев, соединительных муфт, колен, угольников, отводов, тройников, крестовин, гребенок и др.);

3. арматуры (чугунной, стальной и специальной);

4. компенсаторов.

Для выбора размеров сечений элементов трубопроводов пользуются системой условных проходов, установленных ГОСТ 356—80 «Арматура и детали трубопроводов. Давления условные, пробные, рабочие. Ряды». Условный проход обозначается D_y с добавлением цифровой величины условного прохода. Например, условный проход 100 мм обозначается D_y 100.

Для транспортирования нефти и газа применяются следующие виды труб:

1) стальные бесшовные горячекатаные по ГОСТ 8732-78«Трубы стальные бесшовные, горячедеформированные. Сортамент». Изготавливаются из углеродистой стали марок 10, 15, 20, 25 и низколегированных сталей;

2. стальные бесшовные холоднотянутые и холоднокатаные по ГОСТ 8734-75 «Трубы стальные бесшовные, холоднодеформированные. Сортамент». Изготавливаются из углеродистой стали марок 10, 15, 20, 25 и легированных сталей;

3. стальные сварные водогазопроводные (газовые) по ГОСТ 3262-75 «Трубы стальные водогазопроводные. Технические условия»;

4. стальные электросварные.

Для перекачки корродирующих нефтепродуктов применяются трубы из легированной стали (ГОСТ 550-75 «Трубы стальные бесшовные для нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Технические условия»). Для трубопроводов наружным диаметром до 426мм используют стальные бесшовные горячекатаные трубы из углеродистых и легированных сталей.

Для магистральных трубопроводов диаметром более 426 мм применяют электросварные прямошовные или спирально-сварные из низколегированных сталей с более высокими механическими свойствами по сравнению с углеродистыми сталями. Это позволяет изготавливать трубы со стенками уменьшенной толщины.

Трубы, работающие под давлением, должны выдерживать испытательное гидравлическое давление, определяемое по формуле

P = 2000R/D_B,

где  - минимальная толщина стенки трубы, мм; R – допускаемое напряжение, МПа, равное 40 % временного сопротивления разрыву; D_B - внутренний диаметр трубы, мм.

Существуют два метода изготовления труб из стальных болванок:

I) непосредственное вытягивание нагретой до пластического состояния болванки с постепенным приданием ей формы трубы;

2) прокатка горячей болванки в пластину (штрипс) нужной толщины, которую затем сворачивают в трубу, а получающийся при этом продольный шов сваривают.

Трубы, изготовленные первым способом, называют цельнотянутыми, а вторым - сварными.

Цельнотянутые трубы, которые называют также бесшовными, изготовляют двумя способами: способом специальной прокатки и способом последовательного расширения. В обоих случаях процесс изготовления трубы начинается с придания болванке строго цилиндрической формы и превращения ее путем «прошивки» сердечником в гильзу со сквозным продольным отверстием небольшого диаметра.

Процесс изготовления сварной трубы начинают с заготовки длинной и узкой стальной полосы (штрипса) путем резки стальных листов на специальном стане. Затем на другом стане, имеющем ряд валков, штрипс последовательными этапами изгибается до придания ему формы трубы. Для сварки трубы применяют электродуговую автоматическую сварку под слоем флюса на специальных станах.

Спирально сваренные трубы являются разновидностью сварных труб. Штрипс для них изготовляют в виде узкой стальной ленты, которая, проходя через специальный стан-автомат, изгибается в спираль по форме трубы. Спиральный шов сваривается автоматической сваркой. Такой шов увеличивает прочность трубы, повышая жесткость и не ослабляя продольного сечения.

Сварные трубы, кроме простоты изготовления и удешевлении, имеют перед цельнотянутыми то преимущество, что их можно изготовлять большого диаметра с малой толщиной стенок.

Алюминиевые трубы конкурируют со стальными при сооружении низконапорных газо- и нефтепроводов и промысловых сборных коллекторов. Наибольший диаметр алюминиевых труб составляет 300 мм. Низко- и среднепрочные сплавы алюминия легко свариваются. Применение алюминия делает ненужным антикоррозионные покрытия.