82

1.8. Расчет коротких трубопроводов

В ряде случаев при незначительной протяженности нефтепровода требуется принять решение о сооружении одной либо двух перекачивающих станций. Такие нефтепроводы называются короткими, и их расчет сводится к выбору наиболее выгодного варианта при двух значениях числа станций, т. е. приn₁=1 иn₂=2 (рис. 1.19).

Рис. 1.19. К расчету короткого нефтепровода

Для каждого j-го варианта определяется расчетная длина L_Pjи величинаz_j. Для этого по заданной производительности Q определяются напоры подпорного и магистрального насосов (h_Пи h_М). Из начальной точки профиля откладывается подпор h_Пи дважды величина напора H_СТ=m_Mh_M. Отложив из конечной точки трубопровода величину остаточного напора h_ОСТ, проводятся линии гидравлических уклонов i₁и i₂.

В общем случае при анализе профиля нефтепровода могут быть перевальные точки, и расчетная длина для каждого из рассматриваемых вариантов может быть различной. При наличии перевальных точек из уравнения баланса напоров исключается величина h_ОСТ, а разность геодезических отметок составитz_j=z_{ПТ j} – z_Н. Если перевальные точки отсутствуют, тоL_{P j} = L иz _j= z_К – z_Н.

Уравнение баланса напоров для j-го варианта (при n=1 иn=2) имеет вид

, (1.56)

откуда

. (1.57)

Далее полученные значения диаметров округляются до ближайших стандартных значений ( в большую сторону). После этого выполняется сопоставительный экономический расчет по каждому конкурирующему варианту.

1.9. Изменение подпора перед станциями при изменении вязкости перекачиваемой нефти

В течение года при сезонной смене температуры вязкость транспортируемой нефти изменяется (рис. 1.20). В случае повышения температуры нефти от t₁до t₂, вязкость нефти уменьшается. Это приводит к уменьшению гидравлического сопротивления трубопровода (H₂<H₁) и возрастанию расхода (Q₂>Q₁).

Рассмотрим влияние изменения вязкости нефти на величину подпоров ПС. Предположим, что на всех станциях установлено одинаковое число однотипных насосов, подпор на головной перекачивающей станции h_П, остаточный напор на конечном пункте h_ОСТ. Примем для простоты, что нефтепровод состоит из одного эксплуатационного участка N_Э=1, а число ПС составляет n (рис. 1.21).

Напор перекачивающей станции в зимний период составит

, (1.58)

в летний период

, (1.59)

где H₁, H₂– суммарные потери напора в трубопроводе, соответственно в зимний и летний периоды.

Рис. 1.20. Совмещенная характеристика трубопровода и ПС

при изменении вязкости нефти

Рис. 1.21. Влияние сезонного изменения вязкости нефти

на величину подпоров перед ПС

Из начальной точки профиля трассы отложим в вертикальном масштабе значения H₁и H₂, затем вершины отрезков соединим прямыми с точкой z_K+h_ОСТ. Полученные линии соответствуют положению линий гидравлических уклонов в зимний i₁и летний i₂периоды.

Представим, что трасса трубопровода – восходящая прямая AB. Как видно из построений, при расстановке станций такая трасса будет разбита на равные участки длиной L/n. При этом линии гидравлических уклонов i₁и i₂пересекут линию AB в одних и тех же точках. Это говорит о том, что при монотонном профиле трассы нефтепровода изменение вязкости нефти не оказывает влияния на величину подпоров на входе промежуточных ПС.

В реальных условиях профиль трассы может быть сильно пересеченным, тогда расстояния между перекачивающими станциями будут неодинаковы (l₁l₂l₃l_n). Рассмотрим изменение подпора перед ПС в этом случае.

Величину подпора H_Cперед с-й ПС можно найти из уравнения баланса напоров

, (1.60)

откуда

, (1.61)

где a=m_M a_M и b=m_M b_M.

Значение расхода в выражении (1.61) определяется из уравнения баланса напоров нефтепровода в целом (1.37), что позволяет записать

. (1.62)

После подстановки (1.62) в (1.61), получим

,

откуда

.

(1.63)

Как следует из выражения (1.63), от величины вязкости зависит только один сомножитель , так как.

Введем обозначения:

;

;

– среднее расстояние между перекачивающими станциями на участке до с-й ПС;

– среднее арифметическое расстояние между ПС;

С учетом принятых упрощений выражение (1.63) можно представить в виде

, (1.64)

где .

Величина Fпрямо пропорционально зависит от изменения вязкости нефти: при снижении вязкости уменьшается и величинаF.

Если выполняется условие L_ср< l_ср(С), то при уменьшении вязкости подпор на с-й ПС возрастает. В противном случае при L_ср> l_ср(С)подпор на с-й ПС снижается и может оказаться меньше допустимого значенияH_min (рис. 1. 21). В случае расстановки ПС согласно гидравлическому расчету при минимальной температуре нефти (t₁=t_min,₁=_mах), необходимо проанали­зи­ровать работу каждого перегона в летний период.

В летнее время, если позволяет прочность трубы, можно увеличить подпор на ГПС включением дополнительного последовательно соединенного подпорного насоса.