3. Регулирование режимов работы нпс мн

3.1 Характеристики нпс

Характеристикой НПС называется суммарная Q – H характеристика всех работающих на ней насосов за вычетом Q – H характеристики подводящих коммуникаций, которые считаются элементом, соединенным с насосами станции последовательно. Тогда

Н_СТ = Н – h_С,

где h_С – потери напора в станционных коммуникациях.

Для аналитического решения задач трубопроводного транспорта нефти используется описание напорной характеристики центробежных насосов в виде

Значения аппроксимационных коэффициентов а и b находятся по паспортным кривым насосов. Для этого на паспортной кривой в рабочей зоне подач 0,8Q_НОМ ÷ 1,2Q_НОМ берутся две точки с координатами Q₁, H₁ и Q₂, H₂, а затем записывается система двух уравнений с двумя неизвестными а и b:

Решая эту систему, уравнений получим откуда

и .

На НПС центробежные насосы соединяют последовательно для увеличения напора или параллельно для увеличения расхода.

При последовательном соединении насосов их напорные характеристики складываются, а расход нефти Q в насосах один и тот же (рис. 3.1).

Рис. 3.1 Сложение характеристик насосов при последовательном соединении

Если характеристика первого насоса а второго то их суммарная характеристика будет равна

При параллельном соединении насосов напор, создаваемый каждым насосом Н один и тот же, а расходы нефти в насосах суммируются (рис. 3.2).

Рис. 3.2 Сложение характеристик насосов при параллельном соединении

В общем случае напор ГНПС с n_п одинаковыми параллельно соединенными подпорными насосами и n_Н одинаковыми последовательно соединенными основными насосами будет складываться из напоров подпорной и основной насосных Н_ПН и Н_ОН, равных

и

Следовательно,

где a_п, b_п, и a_н, b_н – аппроксимационные коэффициенты в напорных характеристиках подпорных и основных насосов, а a_нс и b_нс – коэффициенты в Q – H характеристике станции, равные

и

3.2 Уравнение баланса напоров

Начальный напор Н в линии нагнетания НПС складывается из 3 – х составляющих:

где Н_СТ – дифференциальный напор станции, зависящий от пропускной способности нефтепровода Q, и определяемый характеристиками насосов и трубопроводной обвязки станции, числом насосов и схемой их соединения;

h_П – подпор перед станцией, т.е. напор в линии всасывания;

Z₁ – геодезическая отметка начала участка нефтепровода.

Напор Н₂ в конце участка нефтепровода складывается из 2 – х составляющих:

где Z₂ – геодезическая отметка конца участка;

h_K – напор в конце участка.

Уравнение Бернулли для начального и конечного сечений участка нефтепровода имеет вид

(1)

где h₁₂ – потери напора на участке нефтепровода.

Эти потери состоят их 2 – х частей

где h_ТР и h_МС – потери напора на трение и преодоление местных сопротивлений.

Потери h_ТР вычисляются по формуле Дарси –Вейсбаха

где L – длина участка;

D_ВН – внутренний диаметр трубопровода;

- средняя по сечению скорость перекачки;

λ – коэффициент гидравлического сопротивления.

Величина λ зависит от скорости перекачки, т.е. от режима течения нефти. Практикой эксплуатации нефтепроводов установлено, что определение коэффициента λ можно вести по формулам:

при Re < 2000

при 2000 Re < 2800

при 2800 Re < Re*

при Re Re*

где Re*и Λ – константы, зависящие от диаметра трубопровода, а

.

Установлено также, что потери напора в местных сопротивлениях (задвижки, повороты, сужения и др.) составляют не более 2% от потерь на трения и можно принять h_МС = 0,02 h₁₂, а

Уравнение (1) можно переписать в виде

(2)

Это уравнение называется уравнением баланса напоров для участка нефтепровода. Левая часть уравнения – это пьезометрический напор в начале участка, а правая – сумма двух противонапоров h_K + (Z₂ – Z₁) и потерь напора на участке h₁₂. Графики левой и правой частей уравнения (2) называются Q – H характеристиками соответственно перекачивающей станции участка нефтепровода (рис. 3.3).

Рис. 3.3 Совмещение (Q – H) – характеристики участка нефтепровода 1 и перекачивающей станции 2

Точка пересечения этих кривых называется рабочей точкой системы трубопровод – перекачивающая станция. Абсцисса этой точки является решением уравнения (2) и определяет расход перекачки Q_M, а ордината точки определяет напор на выходе станции Н_М.

Т.о. в магистральном нефтепроводе устанавливается такой расход перекачки, при котором напор перекачивающей станции равен сумме противонапоров и потерь напора. При этом фактическая производительность нефтепровода будет отличаться от проектной. Для точного обеспечения проектной производительности необходимо регулировать характеристики станции или трубопровода.