1.11. Режим работы нефтепровода при отключении перекачивающих станций

Временное отключение какой-либо перекачивающей станции может быть вызвано перебоями в системе энергоснабжения, аварией, ремонтными работами и т. п. При выходе из строя перекачивающей станции режим нефтепровода резко изменится. Рассмотрим нефтепровод, состоящий из одного эксплуатационного участка с nперекачивающими станциями. Все ПС оборудованы однотипными насосами. Запишем уравнение баланса напоров

, (1.70)

где a_П, b_П, a_М, b_М– коэффициенты напорной характеристики подпорного и магистрального насоса;

m_{M i}– число работающих магистральных насосов на i-й перека­чивающей станции;

m_П– число работающих подпорных насосов на ГПС.

Из уравнения баланса напоров производительность нефтепровода со всеми работающими станциями составляет

. (1.71)

Если бы нефтепровод был рассчитан на работу при любых напорах (давлениях), то при отключении любой одной станции расход в трубопроводе составил бы

. (1.72)

Очевидно, что Q_*<Q.

В действительности величины напоров и подпоров перекачивающих станций должны удовлетворять условиям

, (1.73)

где H_{ПС max i},H_{min i}– разрешенные значения напора и подпора i-й ПС.

В качестве примера рассмотрим работу нефтепровода с четырьмя перекачивающими станциями [3]. Примем для простоты, что все перекачивающие станции оснащены однотипными насосами, нефтепровод состоит из одного эксплуатационного участка, перевальные точки по трассе нефтепровода отсутствуют (L=L_Р), ограничения по напору и подпору ПС одинаковы (H_ПСmax,H_min).

Рассмотрим случай, когда аварийное отключение произошло на станции ПС-4 (рис. 1.26).

Рис. 1.26. Расчетная схема нефтепровода

Перекачивающая станция, расположенная до отключенной (ПС-3), будет работать на сдвоенный перегон, то есть протяженность третьего линейного участка будет равна l_3-4=l₃+l₄.

Проверим выполнение граничных условий (1.73). Результаты вычислений представим в табличной форме (табл. 1.6).

Таблица 1.6

Расчетные значения подпоров и напоров ПС

Участок	Подпор на входе ПС	Напор ПС	Напор на выходе ПС	Потери напора на участке
1		HCT1=mM1(aM––bMQ*2-m)	HПС1=H1+ +HCT1	H1=1,02fl1Q*2-m+z2-z1
2	H2= HПС1-H1	HCT2=mM2(aM––bMQ*2-m)	HПС2=H2+ +HCT2	H2=1,02fl2Q*2-m+z3-z2
3+4	H3= HПС2-H2	HCT3=mM3(aM––bMQ*2-m)	HПС3=H1+ +HCT3	H3-4=1,02f(l3+l4)Q*2-m+ +zK-z3
КП	HКП= HПС3-H3-4= hОСТ

Графическое решение задачи о регулировании работы нефтепровода при отключении одной из перекачивающих станций показано на рис. 1.27.

Рис. 1.27. Совмещенная характеристика ПС и участков нефтепровода

Условные обозначения :

1 - характеристика участка 1,02^.f^.l₁^.Q^2-m + z₁ , (z₁= z₂-z₁);

2 - характеристика участка 1,02^.f^.(l₁+l₂)^.Q^2-m + z₂ , (z₂= z₃-z₁);

3 - характеристика участка 1,02^.f^.(l₁+l₂+l₃)^.Q^2-m + z₃ , (z₃= z₄-z₁);

4 - характеристика участка 1,02^.f^.(l₁+l₂+l₃+l₄)^.Q^2-m + z₄+ h_ост , (z₄= z_К-z_Н);

a-b , a’-b’ - подпор на ПС-2 ; c-d , c’-d’ - подпор на ПС-3;

k_M – общее число работающих магистральных насосов

При нормальной эксплуатации нефтепровода (в работе находятся все перекачивающие станции с тремя магистральными насосами) рабочая точка находится в положении A. Если при отключении ПС-4 на остальных станциях число работающих насо­сов не изменится, то рабочая точка переместится в положениеB. Производительность нефтепровода снизится до величины Q_*. Подпоры на входе ПС определяются величиной вертикальных отрезков между характеристиками ПС и характеристикой рассматриваемого участка:

• подпор на ПС-2 – отрезок a – b;

• подпор на ПС-3 – отрезок c – d.

Как видно из характеристики (рис. 1.27), подпоры на станциях, расположенных до отключенной ПС, возрастают по мере удаления от начала нефтепровода. Очевидно, что будут возрастать и напоры ПС. Если имеются ограничения по допустимым напорам и подпорам, то наибольшее значение гидравлического уклона, соответствующее максимально возможной производитель­ности нефтепровода при отключении с-й ПС (рис. 1.28), можно получить из условия

, (1.74)

откуда предельное значение расхода составит

. (1.75)

Рис. 28. Графическое определение наибольшего значения гидравлического уклона при отключении ПС

Зная предельный расход Q_maxнетрудно рассчитать суммарные потери напора в трубопроводе H’ и определить напоры, развиваемые магистральным и подпорным насосами (h_М’ и h_П’). Требуемое общее количество работающих магистральных насосов можно найти по формуле

. (1.76)

При округлении k_Mв большую сторону избыток напора погашается дросселированием.

В рассматриваемом примере выполнению условия (1.73) соот­ветствует k_M=5. Как видно из совмещенной характеристики (рис. 1.27), на первой и второй ПС в работе должно находиться по два магистральных насоса, а на третьей – один. Рабочая точка в этом случае будет в положении C, производительность нефтепровода составит Q_**. Величина подпора на входе ПС-2 соответствует отрезкуa’–b’, а подпор на ПС-3 – отрезку c'–d'.

Распределение подпоров и напоров ПС, соответствующих расходам Q , Q_*и Q_**показано на рис. 1.29.

Рис. 1.29. Распределение подпоров и напоров при отключении ПС

Режимы (цифрами показано количество работающих магистральных насосов на ПС):

– 3 - 3 - 3 - 3 (Q)

– 3 - 3 - 3 - 0 (Q*)

– 2 - 2 - 1 - 0 (Q**)

В случае равнинного нефтепровода достаточно отключить каждую вторую станцию. Тогда в работе будут находиться ПС-1 и ПС-3. Распределение подпоров и напоров ПС будет относительно равномерным, однако обязательно выполнение условия (1.73). В рассматриваемом случае при k_M=5 потребуется дросселирование избыточного напора на ПС-1 и ПС-3.

При резко пересеченном рельефе местности могут быть осложнения в связи с наличием перевальных точек по трассе трубопровода.