Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

Кафедра транспорта и хранения нефти и газа

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ МОДЕЛИ МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА

Методическое указание к лабораторной работе

по дисциплине “Проектирование и эксплуатация газонефтепроводов”

для студентов специальности 130501

“Проектирование, сооружение и эксплуатация

газонефтепроводов и газонефтехранилищ”

Санкт-Петербург

2010

УДК 622.002.5.004.62(075.80)

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ МОДЕЛИ МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА. Методическое указание к лабораторной работе по дисциплине “Проектирование и эксплуатация газонефтепроводов” / Коршак А.А., Подавалов И.Ю., Дзарданов О.И.; Санкт-Петербургский государственный горный институт (ТУ), СПб, 2010, 18 с.

Методическое указание предназначено для студентов специальности 130501 “Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ” очной формы обучения. В ней даны краткие теоретические данные, описан принцип действия лабораторной установки, дана методика проведения экспериментов и обработки результатов. В приложении приведены необходимые справочные материалы.

Табл. 6, ил. 7, Библиогр.: 3 назв.

Научный редактор проф. А.А. Коршак

© Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова,

2010 г.

Цель работы - изучение закономерностей изменения давления, расхода и энергозатрат на перекачку в зависимости от количества, схемы включения и числа оборотов привода насосов, а также от изменения конфигурации трубопроводов.

Основные задачи:

1) проверочный гидравлический расчет трубопровода;

2) построение совмещенной характеристики трубопровода и насосов;

3) построение кривой зависимости удельных энергозатрат на перекачку от расхода;

4) определение КПД регулирования.

В ходе работы на установке студенты должны:

• убедиться:

1) в адекватности методики определения расхода по совмещенной характеристике (режимы I … III);

2) в определяющем влиянии лимитирующего участка на величину расхода;

3) в возможности добиться максимального расхода, благодаря уменьшению напора одних насосов и увеличения напора других.

• научиться:

1) строить график зависимости удельных энергозатрат на перекачку от расхода;

2) вычислять КПД регулирования.

1. Краткие теоретические сведения

1.1. Расчет производительности трубопровода

Применительно к данной экспериментальной установке, в предположении, что имеет место зона гидравлически гладких труб турбулентного режима, уравнение баланса напоров удобно записывать в виде

, (1)

где n – количество включенных НПС; A_i, B_i – эмпирические коэффициенты в уравнении, описывающем напорную характеристику i-ой НПС; Q – производительность модельного трубопровода; К – коэффициент, величина которого зависит от длины и диаметра модельного трубопровода, а также от вида и качества местных сопротивлений.

Из уравнения (1) находим величину производительности трубопровода

. (2)

Величины коэффициентов A_i и B_i для каждой НПС при заданной частоте вращения роторов насосов находятся решением системы уравнений

, (3)

где Н₁, Н₂ - напор i-ой НПС при подачах соответственно Q₁ и Q₂.

Решая систему уравнений (3), получаем:

или , . (4)

Величина коэффициента К находится методом наименьших квадратов из условия

, (5)

что дает

, (6)

где S – число опытов по определению полных потерь напора в трубопроводе; h_j – величина полных потерь напора при производительности Q_j

;

Р_нij, Р_всij – давления соответственно нагнетания и всасывания i-ой НПС при производительности Q_j; - плотность воды, принять 1000 кг/м³.

1.2. Расчет удельных энергозатрат на перекачку

Величина удельных энергозатрат на перекачку на данной экспериментальной установке находится по формуле

, (7)

где - мощность, потребляемая i-ой НПС при производительности Q_j.

1.3. Определение коэффициента полезного действия насосных станций

По определению

, (8)

где - полезная затраченная мощность на i-ой НПС при производительности Q_j равная

. (9)

1.4. Регулирование работы НПС при остановке

промежуточной насосной станции

Характер изменения напоров по длине трубопровода, состоящего из трёх НПС, оборудованными одинаковыми насосами, показан на рисунке 1.

КП

НПС1

НПС2

НПС3

H_ст1

H_ст3

h_п

h_ост

Z₁=Z_н

Z_к

Z­₂

Z₃

l₁

l₂

l₃

Рисунок 1 – Изменение напора по длине нефтепровода:

в исходном режиме;

при отключении НПС 2

Пусть первоначальные напоры НПС составляют соответственно , , . После отключения НПС №2 производительность нефтепровода уменьшается. В соответствии с характеристикой центробежных насосов их напор на НПС №1 и НПС №3 увеличивается. Соответственно, напор НПС №1 при неизменном количестве работающих насосов возрастет, а линия гидравлического уклона проходит более полого (пунктир). Так как диаметр нефтепровода неизменен, то под тем же углом должен проходить и гидравлический уклон на последнем перегоне. Так как его длина примерно в двое меньше, чем между первой и третьей НПС, то для перекачки по последующему перегону потребуется напор , примерно в 2 раза меньший, чем . Излишний напор в условиях магистрального нефтепровода ( ) ликвидируется отключением части насосов на НПС №3 в сочетании с дросселированием, либо уменьшением частоты вращения роторов.

КПД методов регулирования вычисляется по формуле

, (10)

где , - соответственно полезно затраченная и потребленная мощность i-ой НПС.