2.3. Определение координаты конца самотечного участка
При наличии на участке нефтепровода самотечного участка необходимо найти координату его конца. Для этого нужно составить и решить уравнение.
Поскольку тангенс угла β наклона профиля трубопровода на сегменте, где имеется самотечный участок [xj, xj+1], известен (рис. 4):
то можно составить уравнение:
где x* – координата конца самотечного участка, м (рис. 4).
Решив данное уравнение относительно x* можно сделать заключение, что в рассматриваемом участке нефтепровода существует самотечный участок длиной x* – xj, м, начало которого находится в сечении xj, м, а конец в сечении x*, м.
Затем определяют новое значение напора в сечении, где находится перевальная точка самотечного участка:
Далее проверяют оставшиеся сечения по приведенной выше методике, т. е. используя выражения (3) и (4).
Если других самотечных участков в трубопроводе нет, то рассчитывают давление в начале участка трубопровода:
где xн – начало участка трубопровода, м (xн = 0 м).
2.4. Определение оптимальных параметров перекачки
Предварительно вычисляют новое значение гидравлического уклона:
где xj – перевальная точка самотечного участка.
В случае наличия нескольких самотечных участков следует рассчитать соответствующие новые значения гидравлических уклонов и затем выбрать из них наибольшее по величине iнов.
При гидравлическом уклоне iнов в исследуемом трубопроводе самотечного участка не будет. Это означает, что напор H(xн)нов и давление pн,нов в начале участка нефтепровода:
Новое значение давления в начале участка трубопровода сравнивают с рабочим давлением для магистральных нефтепроводов (Приложение 2).
Далее определяют увеличение напора H(xн)нов – H(xн) и давления pн,нов – pн для трубопровода без самотечных участков.
Результаты проведенных вычислений (включая линию гидравлического уклона с учетом нового значения напора в начале участка нефтепровода) отражают на чертеже сжатого профиля трассы (см. рис. 2).
Затем определяют перепад давления (полные потери напора) в трубопроводе (Δp) как разность между новым значением давления в начале участка трубопровода (pн,нов) и давлением в конце участка (pк) (см. подразд. 1.4).
Далее, задавшись максимальным значением рабочего давления из приведенного диапазона (Приложение 2) и приравнивая его к [p] (допускаемому давлению для труб), определяют число НПС (nн.с) (см. подразд. 1.6).
Для определения минимального расхода нефти, при котором в трубопроводе не возникают самотечные участки, требуется вновь найти скорость движения нефти (w) и коэффициент гидравлического сопротивления (λ).
Новые параметры перекачки можно определить следующим способом: при подстановке известных величин в выражение (1), получается уравнение с двумя неизвестными: w и λ.
Уравнение (1) решают методом итераций (последовательных приближений). Задаваясь значениями λ(1) (в качестве первого приближения можно использовать вычисленное ранее значение λ), находят w(1), затем вычисляют число Re(1), далее определяют новое значение коэффициента гидравлического сопротивления λ(2) (см. подразд. 1.4). В качестве второго приближения берут найденное значение λ(2) и т. д. Итерационный процесс заканчивают когда λ(j) ≈ λ(j–1) (при этом должно совпадать не менее трех значащих цифр).
На основании вычисленного методом итераций значения скорости движения нефти по уравнению расхода (2) определяют минимальный расход нефти, при котором в трубопроводе не возникают самотечные участки.
Полученный расход перекачки нефти сравнивают с интервалом значений грузопотока, принятым для магистральных нефтепроводов (Приложение 2).