2. Гидравлический расчет нефтесборного коллектора (нефтепровода)

От дожимной насосной станции (днс)

До центрального сборного пункта (цсп)

Основные положения

При гидравлическом расчете нефтепровода решают одну из трех задач: а) определение пропускной способности нефтепровода;

б) определение диаметра трубы;

в) определение давления в начале нефтепровода (давления на выкиде насосов ДНС).

Выполнение расчетов основано на формуле Дарси-Вейсбаха (допускается, что потери напора в местах местных сопротивлений , где h_тр – потери напора на трение жидкости по длине трубы

, (14)

где L – длина нефтепровода или отдельного его участка; D – внутренний диаметр трубы; V – средняя скорость движения жидкости в трубе; g - ускорение свободного падения; - коэффициент гидравлических сопротивлений.

Для ламинарного режима течения, когда ( - число Рейнольдса; - коэффициент кинематической вязкости)

(формула Стокса) (15)

Для переходного и турбулентного режимов (2320<Re<Re₁)

(формула Блазиуса), (16)

при этом

(17)

где - относительная шероховатость труб: , K_э – эквивалентная шероховатость стенок трубы (можно принять м).

Если при гидравлическом расчете нефтепровода неизвестны диаметр и давление в начале трубы, задаются скоростью движения жидкости в пределах 1,0…1,5 м/с при вязкости от 1 до 150 мм²/с и 0,5…1,0 – при более высокой вязкости.

После выбора стандартного размера (диаметра) трубы (табл. 3) при известном объемном расходе жидкости уточняют скорость ее движения.

Давление Р₁ в начале трубопровода при полном заполнении его жидкостью определяется по формуле

(18)

где: P₁ – давление в конце нефтепровода; – разница в геометрических (высотных) отметках начала и конца нефтепровода: . При величина принимается со знаком (+), при – со знаком (-). Отдельные участки нефтепровода могут иметь высотные отметки, превышающие ( ), что необходимо учитывать при заполнении трубы жидкостью.

Решение примера

1. Определяем объемный расход одной скважины по нефти:

2. Находим с учетом коэффициента запаса объемный расход нефти в нефтепроводе:

3. Определяем кинематическую вязкость нефти:

4. Для определения диаметра трубы, необходимо определим площадь поперечного сечения трубы (для предварительного расчета скорость движения жидкости в трубе примем V = 1,2 м/с):

Таблица 3

Бесшовные горячекатаные трубы по ГОСТ 8732-78

Наружный диаметр, мм	Толщина стенки, мм
	3	4	5	6	7	8	9	10	11
57	+	+	+	–	–	–	–	–	–
60	+	+	+	–	–	–	–	–	–
70	+	+	+	+	–	–	–	–	–
76	+	+	+	+	–	–	–	–	–
89	–	+	+	+	+	–	–	–	–
108	–	+	+	+	+	+	–	–	–
133	–	+	+	+	+	+	–	–	–
159	–	–	+	+	+	+	+	–	–
168	–	–	+	+	+	+	+	+	–
219	–	–	–	+	+	+	+	+	–
273	–	–	–	–	+	+	+	+	+
325	–	–	–	–	–	+	+	+	+
377	–	–	–	–	–	–	+	+	+
426	–	–	–	–	–	–	+	+	+

Примечание: (-) – трубы указанного размера не производятся.

По ГОСТ 8732-78, выбираем ближайшую трубу с большим диаметром. D_Н = 219 мм, толщина стенки δ = 8 мм, внутренний диаметр трубы d = 219 – 16 = 203 мм.

5. Определяем точную скорость движения жидкости в трубе с внутренним диаметром 201 мм:

6. Определяем относительную шероховатость труб:

где К_Э = 1,4 × 10^-5 – эквивалентная шероховатость стенок трубы.

7. Находим число Рейнольдса( Re₁) :

Так как 2320 < Re < 260767,4 принимаем режим течения турбулентный.

8. Для определения коэффициента гидравлических сопротивлений воспользуемся формулой Блазиуса:

9. Определяем потери напора на трение жидкости по длине трубы:

10. Определяем давление в начале нефтепровода (по условию задачи отметка ЦСП выше отметки ДНС, поэтому величину ∆Н принимаем со знаком «+»):

11. Определяем развиваемое насосом давление:

12. Находим напор, развиваемый насосом:

Напор, развиваемый насосом, рассчитан на дегазированной нефти.

Пересчитаем напор по воде плотностью 1000 кг/м³

Расход нефти

Таким образом, насос должен удовлетворять условиям: Н > 162м, Q > 141 м³/час.

Согласно полученным расчетным путем данным по параметрам подходит центробежный нефтяной горизонтальный насос типа Н: 6Н-10х1. Подача 141 м³/час. Напор 187 м. Высота всасывания 3,5 м. КПД 71%. Число ступеней 4. Диаметр рабочего колеса 215 мм. С частотой вращения двигателя 2960 об/ мин.