5.2.5 Гидравлический расчёт последовательного соединения простых трубопроводов: трубопровод со вставкой

Реальный МН всегда представляет собой последовательное соединение трубопроводов с разными внутренними диаметрами (из-за разницы в толщине стенки или наружном диаметре, последнее называется вставкой), а также участков на которых трубопроводы между собой соединены параллельно. Для последовательного соединения простых трубопроводов справедливы следующие соотношения

(5.19)

где Q_о, Q_в и Q_МН – соответственно расход в основной магистрали, во вставке и во всём МН;

h_о и h_в – соответственно потери напора на трение по длине основной магистрали и вставки.

Согласно системе уравнений гидравлическую характеристику последовательного соединения труб (рис. 5.5) можно построить, сложив ординаты (напоры) всех (Q–H) характеристик при одинаковых абсциссах (расходах). Из рисунка видно, что общая характеристика будет отстоять от начала координат на величину равную z_C–z_A +p_K/(g).

Рис. 5.5. Последовательное соединение трубопроводов

Для определения пропускной способности участка нефтепровода с вставками удобно выразить гидравлический уклон на вставке через гидравлический уклон основной магистрали или заменить соединение трубопроводов одним простым трубопроводом с эквивалентным диаметром D_Э, потери в котором при общем расходе Q_МН будут идентичны суммарным потерям во всех сегментах.

Определим соотношение между гидравлическими уклонами для участков со вставкой и без нее. Будем при этом полагать, что режим течения нефти на этих участках одинаков (m,  = const).

Используя выражение (5.10) получим зависимость расходов Q_о и Q_в от гидравлических уклонов, тогда исходя из первого равенства системы (5.19) имеем

,

следовательно

, (5.20)

где – поправка, учитывающая изменение гидравлического уклона на участке со вставкой

. (5.21)

С другой стороны, учитывая первое уравнение системы (5.18), второе уравнение этой же системы можно расписать следующим образом

,

тогда, вводя цифровые индексы для n последовательно соединённых секций трубопровода, получим общее уравнение

, (5.22)

Следует отметить, что применение вставки другого диаметра в магистральной части трубопроводов нежелательно, так как это затрудняет их очистку и диагностику.

Потери напора в трубопроводе с вставкой находятся сложением аналогичных величин по его отдельным участкам

. (5.23)

Или потери рассчитывают как для простого трубопровода с внутренним диаметром равным D_Э.

5.2.6 Гидравлический расчёт параллельного соединения простых трубопроводов: трубопровод с лупингом

Параллельным соединением простых трубопроводов является соединение лупинга (от англ. «loop» – петля) с основной магистралью. Для параллельного соединения простых трубопроводов справедливы следующие соотношения

(5.24)

где Q, Q_о и Q_л – соответственно расход в трубопроводе, основной магистрали на лупингованном участке и в лупинге;

h_о и h_л – соответственно потери напора на трение по длине основной магистрали на лупингованном участке и лупинга.

Согласно системе уравнений (5.24) гидравлическую характеристику параллельно соединения труб BC (рис. 5.6) можно построить, сложив абсциссы(расходы) характеристик этих трубопроводов при одинаковых ординатах (напорах).

Рис. 5.6. Трубопровод с лупингом

Как правило, лупингованный участок, т.е. параллельно соединённый лупинг и кусок основной магистрали, к остальной части трубопровода подключены последовательно. При гидравлическом расчете, как правило, необходимо определить либо пропускную способность всего трубопровода, либо потери по известному расходу Q. Расходы Q_o и Q_л как правило неизвестны. Для проведения расчётов воспользуемся рассмотренными ранее приёмами.

Определим соотношение между гидравлическими уклонами лупингованного участка и основной магистрали.

Согласно второму уравнению системы (5.24), можем записать

, (5.25)

откуда после сокращения одинаковых сомножителей и несложных преобразований получаем

. (5.26)

Так как Q = Q_о+Q_л , то с учетом (5.26) можно записать

,

откуда

. (5.27)

Пользуясь выражением (5.27), найдем гидравлический уклон на участке трубопровода с лупингом, выраженный через диаметр основной магистрали

. (5.28)

где  – поправка, учитывающая изменение гидравлического уклона на участке трубопровода с лупингом

. (5.29)

Как видно из формулы (5.28), величина  зависит от соотношения диаметров лупинга и основной магистрали, а также от режима перекачки и зоны трения (если режим турбулентный). Если D=D_л, то .

С другой стороны, учитывая второе уравнение системы (5.24) и подставляя в первое уравнение системы (5.24) выражение (5.10) получим

,

откуда, вводя цифровые индексы для n параллельно соединённых трубопроводов, получим общее уравнение

. (5.30)

Потери напора в трубопроводе с лупингом, учитывая то, что лупингованный участок к остальному трубопроводу подсоединяется последовательно, с учетом формулы (5.29) можем переписать (5.23) в виде

. (5.31)