книги / Типовые расчёты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов
..pdfП.И.Тугунов В.Ф.Новосёлов!, АЛ.Коршак, А.М.Шаммазов
ТИПОВЫЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И
ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕФТЕБАЗ И НЕФТЕПРОВОДОВ
Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов нефтегазовых вузов,
обучающихся по специальности «090700 —Проектирование, сооруже ние и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ»
Уфа
ДизайнПолшрафСервис
2002
УДК [622.692.4.07+622.692.5.07]:532.5 ББК 39.77-02 Я73
Рецензенты:
Доктор технических наук, академик Колотилов Ю.В. (Главный научный сотрудник АОЗТ ЦНИИОМ ТП); Кафедра ’’Нефтепродуктообеспечение и газоснабжение” РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина (зав. кафедрой - доктор техничес ких наук, профессор Прохоров А.Д.)
П.И.ТугуновЬ |В.Ф.Новосёлов!, А.А.Коршак, А.М.Шаммазов Типовые расчёты при проектировании и эксплуатации нефтебаз
и нефтепроводов. Учебное пособие для ВУЗов. - Уфа: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2002. - 658 с.
В книге приведены краткие сведения о свойствах нефти и нефтепро дуктов, справочные данные о резервуарах, цистернах и танкерах. Рассмот рен порядок расчёта вместимости резервуарных парков нефте- и нефтепродуктопроводов, а также нефтебаз. Даны характеристики нефтяных центробежных и шестеренных насосов. Приведены основы расчета трубо проводов на прочность и устойчивость. Изложены методики решения задач трубопроводного транспорта маловязких и высоковязких нефтей, а также нестабильных жидкостей и эмульсий. Рассмотрен порядок исчисления есте ственной убыли нефти и нефтепродуктов, а также методики определения их фактических потерь при транспортировке и хранении. Даны методические основы расчета подогрева высоковязких нефтей и нефтепродуктов, сливо наливных операций на нефтебазах, защиты трубопроводов и резервуаров от коррозии, а также вспомогательных систем нефтебаз и насосных станций.
Учебное пособие предназначено для студентов нефтяных ВУЗов, обу чающихся по специальности ’’Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефгехранилищ” Кроме того, оно будет полезно инженерно-техническим работникам магистральных нефте- и нефгепродук-
ISBN 5-94423-023-1 © ООО ’’ДизайнПолиграфСервис”,2002 © IT V T V H O B П.И.I. [Новосёлов В.Ф1
Коршак А.А., Шаммазов А.М., 2002
ПРЕДИСЛОВИЕ КО 2-МУ ИЗДАНИЮ
1-е издание учебного пособия П.И.Тугунова и В.Ф.Новосёлова ’’Типовые расчёты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов” вышло из печати в 1981 г. - свыше 20 лет назад. Прошедшие годы показали, что данная книга пользуется неизмен ным спросом не только у студентов, но и у инженерно-технических работников. Однако приобрести её, со временем, стало просто не возможно. Постарел физически и тот фонд, которым располагают учебные заведения и предприятия. Поэтому возникла необходимость переиздания учебного пособия.
К сожалению, обоих авторов 1-го издания уже нет в живых. В связи с этим работу по подготовке 2-го издания пришлось взять на себя нам их ученикам. При этом были учтены положения новых нормативных документов, существенно расширен круг рассматри ваемых задач.
Авторы выражают благодарность преподавателям УГНТУ Н.А.Гаррис, М.В.Дмитриевой, В.АДушину, Л.Г.Колпакову, М.В.Куз нецову, Е.М.Муфтахову, А.М.Нечвалю за ценные предложения по улучшению содержания данной книги.
Издание приурочено к 50-летнему юбилею кафедры ’’Транс порт и хранение нефти и газа” Уфимского государственного нефтя ного технического университета.
Д.т.н., профессор Коршак А.А. Д.т.н., профессор Шаммазов А.М.
СОДЕРЖАНИЕ
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ, НЕОБХОДИМЫЕ ПРИ |
|
|
ПРОЕКТИРОВАНИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕФТЕПРОВОДОВ |
|
|
И НЕФТЕБАЗ........................................................................................... |
|
9 |
§1.1. Исходные данные для расчетов и их обработка |
9 |
|
§ 1.2. Обоснование способа транспортировки нефти и нефте |
|
|
продуктов ................................................................................................... |
|
31 |
§ 1.3. Примеры расчетов |
40 |
|
ГЛАВА 2. ОБЪЕМЫ ХРАНИЛИЩ НЕФТИ И |
|
|
НЕФТЕПРОДУКТОВ............................................................................ |
45 |
|
§2.1. Определение объема резервуарных парков в системе ма |
|
|
гистральных нефтепроводов................................................................. |
45 |
|
§ 2.2. Определение объема резервуарных парков магистральных |
|
|
нефтепродуктопроводов |
46 |
|
§ 2.3. Определение вместимости резервуарных парков нефтебаз |
47 |
|
§ 2.4. Примеры расчетов |
51 |
|
ГЛАВА 3. НАСОСЫ НЕФТЕПРОВОДОВ И Н ЕФ ТЕБА З........ |
57 |
|
§3.1. Секционные нефтяные магистральные насосы типа НМ |
57 |
|
§ 3.2. Спиральные нефтяные магистральные насосы типа НМ .... |
59 |
|
§ 3.3. Нефтяные насосы типов НДвН и Н Д сН ....................... . |
60 |
|
§ 3.4. Нефтяные подпорные вертикальные насосы типа НПВ |
65 |
|
§ 3.5. Нефтяные подпорные насосы типа К М П ........................... |
67 |
|
§ 3.6. Нефтяные |
насосы типа К |
68 |
§ 3.7. Нефтяные |
насосы типа Н ....................................................... |
69 |
§ 3.8. Нефтяные |
насосы типа НК и НКЭ |
75 |
§ 3.9. Нефтяные |
насосы типа ПС |
77 |
§ 3.10. Нефтяные насосы типа Н Д .................................................... |
78 |
|
§ 3.11. Центробежные насосы типа Ц Н С н ..................................... |
86 |
|
§ 3.12. Вертикальные насосы типов НВ и Н А .............................. |
86 |
|
§ 3.13. Самовсасывающий насос С Ц Л ............................................. |
87 |
|
§ 3.14. Шестеренные насосы ................................................................ |
88 |
|
§ 3.15. Расчет основных параметров центробежных насосов |
88 |
|
§ 3.16. Пересчет характеристик центробежных насосов с воды |
|
|
на вязкую неф ть...................................................................................... |
|
91 |
4
§ 3.17.Расчет необходимого давления на входе в насос при пе |
|
рекачке нефти и нефтепродуктов.......................................................... |
94 |
§ 3.18. Пересчет характеристик шестеренных насосов................... |
96 |
§ 3.19. Примеры расчетов......................................................................... |
97 |
ГЛАВА 4. РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ НА П РО ЧН О СТЬ |
|
И УСТОЙЧИВОСТЬ................................................................................ |
102 |
§4.1. Определение толщины стенки трубопроводов...................... |
102 |
§ 4.2. Уточнение толщин стенок труб на отдельных участках |
|
магистрального трубопровода................................................................ |
105 |
§4.3. Проверка прочности и устойчивости подземных и назем |
|
ных трубопроводов..................................................................................... |
109 |
§ 4.4. Расчет устойчивости трубопроводов противвсплытия |
116 |
§ 4.5. Примеры расчетов |
121 |
ГЛАВА 5. ТРУБОПРОВОДНЫЙ ТРАНСПОРТ |
|
МАЛОВЯЗКИХ Н Е Ф Т Е Й ....................................................................... |
130 |
§5.1. Основные формулы для технологического расчета трубо |
|
проводов...................................................................................................... |
130 |
§ 5.2. Регулирование совместной работы насосных станций и |
|
нефтепровода............................................................................................. |
139 |
§ 5.3. Расстановка насосных станций по трассе нефтепровода ... |
143 |
§ 5.4. Расчет нефтепровода при заданном расположении насос |
|
ных станций............................................................................................... |
146 |
§ 5.5. Выбор рациональных режимов эксплуатации магистраль |
|
ного нефтепровода.................................................................................. |
147 |
§ 5.6. Режим работы трубопровода при отключении промежу |
|
точной насосной стан ц и и .................................................................... |
149 |
§ 5.7. Методы увеличения производительности нефтепроводов |
150 |
§ 5.8. Расчет подводящих (всасывающих) трубопроводов под |
|
порных насосов головной насосной станции |
152 |
§ 5.9. Удаление газовых и водяных скоплений из нефтепроводов.. |
154 |
§ 5.10. Примеры расчетов..................................................................... |
158 |
ГЛАВА 6. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ ПЕРЕКАЧКА Н ЕФ ТИ |
|
И НЕФТЕПРОДУКТОВ........................................................................ |
183 |
§6.1. Определение числа насосных станций |
183 |
§ 6.2. Объем смеси при перекачке прямым контактированием |
185 |
§ 6.3. Допустимые концентрации нефтепродуктов друг в друге.. |
186 |
§ 6.4. Определение числа циклов последовательной перекачки |
|
и объема партий нефтепродуктов...................................................... |
187 |
5
§6.5. Раскладка смеси на конечном пункте |
189 |
§ 6.6. Расчет отвода от магистральной части нефтепродукто- |
|
провода........................................................................................................ |
192 |
§ 6.7. Параметры смесей и их исправление |
195 |
§6.8. Примеры расчетов |
197 |
ГЛАВА 7. ТРУБОП РОВОДНЫ Й ТРАНСПОРТ ВЫ СО КО - |
|
ВЯЗКИ Х И ВЫ СО КОЗАСТЫ ВА Ю Щ И Х Н Е Ф Т Е Й |
И |
НЕФТЕПРОДУКТОВ.............................................................................. |
216 |
§ 7 .1 . Тепловой и гидравлический расчеты неизотермических |
|
трубопроводов |
216 |
§ 7.2. Оптимальная температура подогрева нефти и нефтепро |
|
дуктов при «горячей» перекачке......................................................... |
225 |
§ 7.3. Применение тепловой изоляции |
229 |
§ 7.4. Определение числа и расстановка станций на «горячем» |
|
трубопроводе |
233 |
§ 7.5. Общий случай определения оптимальных параметров «го |
|
рячей» перекачки по теплоизолированному трубопроводу |
237 |
§ 7.6. Перекачка высоковязких и высокозастывающих нефтей в |
|
смеси с маловязкими разбавителями................................................ |
240 |
§ 7.7. Вытеснение высоковязкой нефти из трубопровода мало |
|
вязкой жидкостью ................................................................................... |
243 |
§ 7.8. Примеры расчетов |
245 |
ГЛАВА 8. ТРУБОПРОВОДНЫЙ ТРАНСПОРТ НЕСТАБИЛЬ |
|
НЫХ ЖИДКОСТЕЙ И ЭМ УЛЬСИЙ ............................................... |
281 |
§8.1. Расчет составов многокомпонентных смесей |
281 |
§ 8.2. Фазовые переходы в многокомпонентных углеводород |
|
ных смесях................................................................................................. |
285 |
§ 8.3. Определение параметров нефтегазовых и газоконденсат |
|
ных смесей по их компонентному составу |
288 |
§ 8.4. Расчет параметров нефтегазовых и газоконденсатных сме |
|
сей по результатам разгазированных проб |
292 |
§ 8.5. Особенности технологического расчета изотермической |
|
перекачки нестабильных жидкостей |
294 |
§ 8.6. Гидравлический расчет трубопроводов, транспортирую |
|
щих нефтяные эмульсии |
296 |
§ 8.7. Гидравлический расчет трубопроводов для перекачки га |
|
зоэмульсионных смесей |
298 |
§ 8.8. Подбор сепараторов.................................................................... |
306 |
§ 8.9. Примеры расчетов |
308 |
6
ГЛАВА 9. Н О РМ И РО ВА Н И Е ЕСТЕСТВЕНН ОЙ У БЫ ЛИ |
|
НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ...................................................... |
330 |
§9.1. Потери нефтепродуктов на нефтебазах и АЗС |
331 |
§ 9.2. Естественная убыль нефтепродуктов на объектах магист |
|
ральных нефтепродуктопроводов |
339 |
§9.3. Потери нефти при ее трубопроводном транспорте |
344 |
§ 9.4. Естественная убыль нефти и нефтепродуктов в прочих |
|
случаях |
350 |
§ 9.5. Примеры расчетов |
355 |
ГЛАВА 10. ОЦЕНКА ФАКТИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ НЕФ ТИ И |
|
НЕФТЕПРОДУКТОВ............................................................................. |
359 |
§ 10.1. Потери от «большого дыхания»............................................ |
359 |
§ 10.2. Потери от «малого дыхания» |
366 |
§ 10.3. Потери от «обратного выдоха» и от вентиляции газового |
|
пространства.............................................................................................. |
373 |
§ 10.4. Потери при заполнении транспортных емкостей.......... |
374 |
§ 10.5. Выбор средств сокращения потерь нефти и нефтепро |
|
дуктов от испарения............................................................................... |
374 |
§ 10.6. Истечение нефти и нефтепродуктов из трубопроводов и |
|
резервуаров................................................................................................ |
383 |
§ 10.7. Расчет безвозвратных потерь разлившейся неф ти ......... |
387 |
§ 10.8. Примеры расчетов..................................................................... |
390 |
ГЛАВА 11. П О Д О ГРЕВ ВЫ СО КО ВЯЗКИ Х Н Е Ф ТЕЙ |
И |
НЕФТЕПРОДУКТОВ............................................................................. |
424 |
§ 11.1. Вероятная температура нефтепродукта в емкостях |
424 |
§11.2. Определение температуры подогрева нефтепродуктов.. 431
§11.3. Расчет различных способов подогрева нефтепродуктов
в емкостях.................................................................................................. |
434 |
§ 11.4. Расчет паро- и конденсатопроводов |
445 |
§ 11.5. Примеры расчетов..................................................................... |
453 |
ГЛАВА 12. СЛИВО-НАТИВНЫЕ ОПЕРАЦИИ НА НЕФТЕБАЗАХ |
484 |
§ 12.1. Определение основных параметров сливо-наливных |
|
устройств..................................................................................................... |
484 |
§ 12.2. Продолжительность самотечного слива нефтепродуктов |
|
из железнодорожных цистерн............................................................. |
488 |
§ 12.3. Самотечный слив светлых нефтепродуктов на А З С ...... |
492 |
7
§ 12.4. Принудительный слив нефтепродуктов из транспортных |
|
емкостей...................................................................................................... |
496 |
§ 12.5. Налив нефтепродуктов в транспортные емкости............ |
506 |
§ 12.6. Примеры расчетов..................................................................... |
510 |
ГЛАВА 13. ЗАЩИТА ТРУБОПРОВОДОВ И РЕЗЕРВУАРОВ |
|
ОТ К О РРО ЗИ И ........................................................................................ |
536 |
§ 13.1. Катодная защита однониточных магистральных трубо |
|
проводов ...................................................................................................... |
536 |
§ 13.2. Совместная катодная защита подземных металлических |
|
сооружений................................................................................................ |
552 |
§ 13.3. Протекторная защита магистральных трубопроводов |
554 |
§ 13.4. Протекторная защита резервуаров |
559 |
§ 13.5. Электродренажная защита от блуждающих токов |
564 |
§ 13.6. Технологические методы борьбы с внутренней коррози |
|
ей нефтепроводов.................................................................................... |
566 |
§ 13.7. Примеры расчетов..................................................................... |
568 |
ГЛАВА 14. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМ Ы НЕФТЕБАЗ |
|
И НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ................................................................. |
585 |
§ 14.1. Система вентиляции насосных............................................. |
585 |
§ 14.2. Система маслоснабжения насосных агрегатов................ |
594 |
§ 14.3. Охлаждение м асла..................................................................... |
595 |
§ 14.4. Система пароснабжения.......................................................... |
597 |
§14.5. Очистные сооружения для нефтесодержащих стоков ... 600
§14.6. Грозозащита объектов перекачивающих станций и неф
тебаз .............................................................................................................. |
604 |
§ 14.7. Система размыва парафинового осадка в резервуарах |
608 |
§ 14.8. Примеры расчетов..................................................................... |
612 |
П РИ Л О Ж ЕН И Я ....................................................................................... |
628 |
Приложение 1 ........................................................................................... |
628 |
Приложение 2 ........................................................................................... |
631 |
Приложение 3 ........................................................................................... |
633 |
Приложение 4 ........................................................................................... |
634 |
Приложение 5 ........................................................................................... |
635 |
Приложение 6 ........................................................ |
636 |
Приложение 7 |
637 |
Приложение 8 ........................................................................................... |
638 |
Приложение 9 ........................................................................................... |
643 |
Приложение 10......................................................................................... |
646 |
Приложение 11......................................................................................... |
652 |
8
1
ГЛАВА
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ, НЕОБХОДИМЫЕ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ
НЕФТЕПРОДУКТОПРОВОДОВ И НЕФТЕБАЗ
§1.1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТОВ И ИХ ОБРАБОТКА
Для гидравлического и теплового расчетов необходимо знать теплофизические характеристики нефтепродуктов1, такие как вязкость, плотность, теплопроводность, теплоемкость и т.д.
Плотность нефтепродуктов г находится в пределах 700-1100 кг/м3. Изменение плотности вследствие изменения температуры Т опреде ляют по формуле Менделеева
______ Рт_____
( 1. 1)
1+ Рр (Т - 293) ’
где рт, р293 - плотность нефтепродукта соответственно при темпера турах Т и 293 К ; Рр —коэффициент объемного расширения (табл. 1.1).
Таблица 1.1
Средние температурные поправки плотности и коэффициент объемного расширения
Плотность |
Темпера |
Коэффициент |
Плотность |
Темпера |
Коэффициент |
р293, кг/м3 |
турная |
объемного |
Раз, кг/м3 |
турная |
объемного |
|
поправка |
расширения |
|
поправка |
расширения |
|
кг/(м3К) |
Рр, 1/К |
|
кг/(м3К) |
Рр, 1/к |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
700-709 |
0,897 |
0,001263 |
890-899 |
0,647 |
0,000722 |
710-719 |
0,884 |
0,001227 |
900-909 |
0,638 |
0,000699 |
720-729 |
0,870 |
0,001193 |
910-919 |
0,620 |
0,000677 |
730-739 |
0,857 |
0,001160 |
920-929 |
0,607 |
0,000656 |
740-749 |
0,844 |
0,001128 |
930-939 |
0,594 |
0,000635 |
1Здесь и далее под словом “нефтепродукты” подразумеваются и нефти, и нефте продукты.
|
|
|
|
Продолжение табл. 1.1 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
730=759 |
0,831 |
0,001098 |
940-949 |
0,581 |
0,000615 |
760-761 |
0,818 |
0,001068 |
950-959 |
0,567 |
0,000594 |
770-779 |
0,805 |
0,001039 |
960-969 |
0,554 |
0,000574 |
710-719 |
0,792 |
0,001010 |
970-979 |
0,541 |
0,000555 |
790=799 |
0,778 |
0,000981 |
980-989 |
0,528 |
0,000536 |
100-109 |
0,765 |
0,000952 |
990-999 |
0,515 |
0,000518 |
810419 |
0,752 |
0,000924 |
1000-1009 |
0,502 |
0,000499 |
т -т |
0,731 |
0,000896 |
1010-1019 |
0,489 |
0,000482 |
130439 |
0,725 |
0,000868 |
1020-1029 |
0,476 |
0,000464 |
140-149 |
0,712 |
0,000841 |
1030-1039 |
0,463 |
0,000447 |
150=859 |
0,699 |
0,000818 |
1040-1049 |
0,450 |
0,000431 |
ш т |
0,616 |
0,000793 |
1050-1059 |
0,437 |
0,000414 |
ш т |
0,673 |
0,000769 |
1060-1069 |
0,424 |
0,000398 |
ш т |
0,660 |
0,000746 |
1070-1079 |
0,411 |
0,000382 |
Довдяыю часто пользуются также линейной зависимостью |
|||||
|
|
Рг= Ргв+ ?(293 -Г ), |
|
(1.2) |
|
Вдё \ = температурная поправка (см. табл.1.1); ориентировочно
ее меяша ратечвдать по формуле
г- д е з - с м ш з н . р » .
№ш ш ь одозёй та ©ийфштродуктов с достаточной для прак-
ш т тевдшевдя» ш ш т огаредешть по формуле
|
m |
|
0-3) |
|
1Ы1 |
ВДФ ЩШВДййЖь МФ нефтепродукта; \ — его объемная доля ш |
|
Q№ Ж . |
дцвя тщбщпршедабашыпжш |
ЙШЩ!® чйш йш |
|
Щ^ШййФЯййСВДь, Щ£ЭДйЩЬ!ДОШеШ*Пг> Ш Ю ЗШ Ш Ш Ш Х ктапмапгитаеопиж щ -
тт, щ щ т ш г £ |
ш т ж т т т т ш кш ш |
|
|
|
РД » |
тей .^ щ л д аатщ ® 0 1 еш ад а, IL |
ij;; fftj ш в ш й ш , щефшешр(о>- |
|
Ш>