Лабораторная работа №2 «Расчет гидравлического режима совместной работы нпс и сложного участка нефтепровода (с вставками или лупингом)» Теоретическое введение

Линейный участок нефтепровода может иметь более сложную структуру, чем простой трубопровод, т.е. трубопровод с постоянным внутренним диаметром. Примером такого усложнения является вставка, рис. 8.

Рис. 8. Участок нефтепровода со вставкой

Вставкой называется трубопроводный сегмент (ВС), как правило, большего диаметра, чем основная магистраль, подключаемый к ней последовательно с целью снижения гидравлического сопротивления и увеличения тем самым пропускной способности.

Гидравлические условия подключения вставки выглядят следующим образом:

(2.1)

т. е. расходы и нефти в основной магистрали и вставке одинаковы, а потери напора и в каждом из последовательно соединенных трубопроводов складываются.

Система уравнений (2.1) может быть записана в виде:

(2.2)

Тогда из первых двух равенств находим скорости нефти в трубопроводных сегментах: , ; из последнего соотношения – потери напора на участке АС.

Если участок нефтепровода состоит из сегментов труб, имеющих близкие диаметры, то для гидравлических расчетов можно использовать средний эквивалентный диаметр участка трубопровода

, (2.3)

где длина и внутренний диаметр составляющих участок сегментов, соответственно; длина всего участка нефтепровода. Формула (2.3) построена с условием соблюдения постоянства расхода нефти при переходе от сегмента с одним диаметром к сегменту с другим диаметром, а также зависимости гидравлических потерь от диаметра трубопровода, имеющих вид: .

Лупингом (от английского слова «loop» – петля) называется дополнительный трубопровод, проложенный параллельно основной магистрали и соединенный с ней в двух сечениях: начальном – и конечном – (рис. 9).

Рис. 9. Схема участка нефтепровода с лупингом

Обычно на нефтепроводах лупинги прокладываются как резервные нитки магистрали (например, на подводных переходах) или для увеличения пропускной способности рассматриваемого участка.

Гидравлические условия подключения лупинга записываются следующим образом:

(2.4)

Они означают, что при разделении (и слиянии) потоков нефти в точках разветвления расходы и складываются, а потери напора и на трение в каждом из параллельно соединенных трубопроводов одинаковы.

Система уравнений (2.4), записанная в виде

, (2.5)

дает систему двух уравнений для определения двух неизвестных скоростей и течения нефти в каждом из трубопроводов.

Эта система уравнений легко разрешается в двух случаях [6].

1) Если режимы течения нефти в каждом из трубопроводов находятся в зоне гидравлически гладких труб (зоне Блазиуса), то

и .

Тогда, разрешая (2.5) относительно и , получаем:

(2.6)

где – скорость нефти в неразветвленной части трубопровода.

Течение нефти на участке с лупингом можно представить как течение на таком же участке без лупинга, но в трубопроводе с увеличенным (эквивалентным) диаметром . Для этого достаточно принять:

, где . (2.7)

2) Если режимы течения нефти в каждом из трубопроводов находятся в зоне квадратичного трения, то и не зависят от расхода нефти. Тогда, разрешая (2.5) относительно и , получаем:

(2.8)

где и – скорость нефти и коэффициент гидравлического сопротивления в неразветвленной части трубопровода, соответственно.

Течение нефти на участке с лупингом можно представить как течение на таком же участке без лупинга, но в трубопроводе с увеличенным (эквивалентным) диаметром . Для этого достаточно принять:

, где (2.9)

– коэффициент гидравлического сопротивления в неразветвленной части трубопровода, вычисленный по эквивалентному диаметру .