1.7. Увеличение пропускной способности "горячих" трубопроводов

Увеличение пропускной способности "горячих" трубопроводов мо­жет быть достигнуто прокладкой лупинга, изменением температурного режима (увеличением температуры подогрева Т_н ; применением тепловой изоляции), удвоением числа станций (насосных, тепловых и насосно-тепловых) ; комбинированным способом .

В общем случае составляется система уравнений на базе соот­ношений (21….26) и (35.....39) до увеличения пропускной способнос­ти и после увеличения пропускной способности, и методом последова­тельных приближений находится возможное увеличение Q, для выбранного способа. Так как вычисления довольно громоздкие, то их целесообразно проводить на ЭВМ. Следует также отметить, что ни один из вышеперечисленных способов в чистом виде не проявляет­ся, так как во всех случаях наблюдается изменение температурного режима. Рассмотрим, в основном, качественную картину действия некоторых способов увеличения пропускной способности.

Лупинг. Исходя из надежности работы теплообменников и насо­сов Т_н и Т_к примем постоянными. Если лупинг длиной Х_Л поставим в начале перегона, то на параллельном участке темп сни­жения температуры будет выше, так как по каждой нитке расход бу­дет меньше в сравнении с вариантом без лупинга (на рис.9 вариант без лупинга показан пунктирной линией). На одиночном участке дли­ной ( L - Х_л ) темп снижения температуры меньше в сравнении с пунктирной линией за счет увеличенного расхода и в конце будем иметь Т_к .Если по заштрихованной площади найти среднюю температу Т_СР2 , то она окажется меньше Т_СР0 ,(без лупинга). Следовательно, постановка лупинга в начале снижает температуры, увеличивает гидравлическое сопротивление и, если нет возмож­ности увеличить Н_СТ , то пропускная способность может даже уменьшится в сравнении с вариантом без лупинга. Постановка лупинга в конце перегона уменьшает темп падения температуры за счет увеличения расхода и резкое снижение температуры будет на лупингованном участке. Получаем очевидное соотношение Т_СР1 > Т_СР0 > Т_СР2 .

Следовательно, гидравлическое сопротивление при поста­новке лупинга в конце перегона будет наименьшим, т.е. должно быть наибольшее увеличением пропускной способности. На рис.9 по­казан пример, когда диаметр лупинга принят равным диаметру магист­рали. В этом случае в параллельных нитках расходы будут равны, и законы изменения температуры тождественны. Если диаметры лупин­га и магистрали разные, то расходы в нитках будут также разные и температуры в конце лупинга будут также разные ( Т¹_ЛК и T²_ЛК или T¹_К T²_К )

Определим возможную степень увеличения пропускной способности системы при сооружении лупинга такого же диаметра как магистраль в начале перегона (для любого режима течения).

На основании (19) параметры перегона до увеличения пропуск­ной способности будут связаны между собой как

Рис. 9. Влияние местоположения лупинга на

температурный режим трубопровода

Рис. 10. Применение тепловой изоляции

Когда построим лупинг, то пропускная способность может уве­личиться с Q₀ до Q ( Q > Q₀ ), В этом случае на основании (19) для лупингованного участка будем иметь

а для участка ( L – X_Л )

Объединяя два последних выражения, получим

Сравнивая с исходным выражением, найдем

Откуда возможная степень увеличения пропускной способности

(65)

Нетрудно показать, что точно такое же выражение получим и для случая, если лупинг поставить в конце перегона.

Таким образом, при неизменных T_Н и Т_К наименьшее гидравлическое сопротивление будет при постановке лупинга в конце пе­регона, а степень увеличения пропускной способности от местоположения лупинга не зависит. Если же принять условие, что развиваемый напор станции Н_СТ остается постоянным то выдержать неизменными обе температуры невозможно. Целесообразно в этом случае лупинг поставить в конце перегона, зафиксировать Т_к , а Т_н и Q найти из системы уравнений при Н_СТ = const.

Применение тепловой изоляции. В предыдущем разделе тепловая изоляция использовалась с целью ликвидации промежуточной ТС что можно рассматривать тоже как способ увеличения пропускной способности. Если необходимо незначительно увеличить Q. при неизменных напоре Н_СТ , и Т_н (рис. 10), то нанесением тепловой изоляции можно уменьшить теплопотери, т.е. снизить гидравличес­кое сопротивление. В результате при Н_СТ =const пропускная спо- собность вырастет. Необходимую толщину тепловой изоляции можно найти следующим образом, Так как расход Q должен вырасти, то T_КР будет уже другой (см. 26); по этой же причине изменится и T_К . Для теплоизолированного трубопровода можно принять k_Л ≈ k_Т ≈ k .

Таким образом, на основании (24), (26) и (63) при заданном Q ; получим одно трансцендентное уравнение с одним неизвестным» " k " вида.

Приближенными методами находим значение " k " , и по (64) определяем необходимую толщину изоляции

Удвоение числа пунктов подогрева (рис. 11). Так как ∆Z на изменение температуры не влияет, то промежуточную ТС ставим примерно, посредине перегона в удобном месте (например, точка А). Другими словами, тепловой перегон разделили на два и дальнейший расчет надо вести с учетом этого, т.е. в температурных зависимостях (24) надо ставить новую длину теплового перегона (если разде­ление произведено строго пополам, то вместо L надо ставить L/2). В общем случае температуры в конце новых тепловых пе­регонов ( Т¹_К и Т²_К ) могут быть разными, так как ( Z_Л - Z_Н ) ≠ ( Z_K – Z_Л ), т.е. активный напор H_СТ , вследствие этого, не будет делиться пополам по новым тепловым перегонам. Исключая из (35) Т¹_К ,Т²_К ,Т_КР при известных T_Н и H_СТ , на основании (24), (26) и (36....39) расчетное уравнение для нахождения Q. после удвоения ТС будет

При этом принято, что К_Л и К_Т не меняются (точнее ма­ло меняются) с изменением расхода. h₁ (Q) и h₂(Q) - потери напора на трение соответственно на первом (до точки А) и втором (после точки А) тепловых перегонах.

Удвоение НС (рис. 3), Поступая аналогично предыдущему слу­чаю, получим следующее расчетное уравнение для нахождения Q после удвоения НС:

Найдя одним из приближенных способов Q , построим линию падения напора при удвоенном напоре НС ( 2Н_СТ ). Затем из точки Н_СТ проводим эквидистантно линию падения напора на первом пере­гоне. Точка А определяет местоположение дополнительной НС. Из графика видно, что на новой НС температура нефти достаточно низкая. Поэтому надо проверить возможность работы новой НС при высоких значениях вязкости проходящей нефти.

Удвоение НТС (рис. 13). Промежуточную новую НТС располагаем примерно по середине теплового перегона в удобном месте (точка А) и измеряем длины новых перегонов и нивелирную отметку точки А. На основании (24), (26) и (36... 39) для первого нового перегона составим расчетное уравнение

из которого при заданном T_Н приближенным способом находим возможную пропускную способность Q . Найденное Q исполь­зуем для составления расчетного уравнения для второго нового перегона

Рис. 11. Удвоение числа пунктов подогрева

Рис. 12 Удвоение НС ( подпоры не показаны )

Рис. 13. Удвоение НТС ( подпоры не показаны )

Приняв T_Н или Т²_К , руководствуясь рекомендациями, най­дем вторую температуру ( Т²_К или Т_н ) при значении Q, определенном для первого перегона. Если найденные температуры выходят за пределы допустимых, то расчет в описанном порядке на­чинают со второго перегона. Сначала определяют Q для второго перегона при допустимом значении Т_Н , затем при найденном Q для первого перегона находят Т_Н Т²_К .

Все рассмотренные способы увеличения пропускной способности „горячих" трубопроводов излагались применительно к одному тепловому перегону. Следовательно, для магистрального "горячего” тру­бопровода необходимо согласование расчетных данных по перегонам прежде всего необходимо согласовать расчетное значение Q , обычно принимают наименьшее значение из всех Q и производят перерасчет остальных параметров ( Т_Н и Т_К ).

Комбинированный способ увеличения пропускной способности применяется в тех случаях, когда заданная степень увеличения пропускной способности существенно отличается в большую сторону от расчетного значения избранного способа увеличения. Например необходимо увеличить пропускную способность на 60 %. Удвоение НТС обеспечивает (по расчету) рост пропускной способности на 48 %.Тогда расчет производится в два этапа: на первом этапе определяется возможная пропускная способность по избранному варианту (например, удвоение НТС); на втором этапе производится увеличе­ние пропускной способности каким-то другим способом (например, лупинг или использование тепловой изоляции и т.п.).

Во всех случаях возможно несколько вариантов увеличения пропускной способности. К реализации рекомендуется вариант с наилучшими технико-экономическими показателями.