2. Выбор насосного оборудования нефтеперекачивающей станции и расчет рабочего давления

Определим расчетную часовую пропускную способность нефтепровода по формуле (3.2.1)

где G_Г – годовая производительность нефтепровода, млн.т/год;

ρ_Т - расчетная плотность нефти, кг/м³;

k_нп - коэффициент неравномерности перекачки и принимается равным:

для трубопроводов, прокладываемых параллельно с другими нефтепроводами и образующих систему – 1,05;

N_Р – расчетное число рабочих дней в году [1, табл. 3.2.1], сутки.

В соответствии с найденной расчетной часовой производительности нефтепровода подбирается магистральные и подпорные насосы нефтеперекачивающей станции исходя из условия

где Q_ном - подача выбранного типа насосов при максимальном к.п.д.

Согласно приложениям 2 и 3 [1, стр.61-66], выбираем насосы: магистральный насос НМ 5000-210 и подпорный насос НПВ 5000-120.

Напор магистрального насоса (D₂= 450 мм) составит по формуле (3.2.3)

где Н₀, a, b – коэффициенты, определяемые по [1, табл. 2.4]

Характеристика насоса НМ 5000-210

Напор подпорного насоса (D₂= 645 мм) составит:

Характеристика насоса НПВ 5000-120

Далее рассчитываем рабочее давление на выходе головной насосной станции по формуле (3.2.3)

_где g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²;

_mмн – число последовательно включенных магистральных насосов (обычно равное 3);

_Нмн, Н_пн – напоры магистрального и подпорного насоса при найденной расчетной производительности.

Найденное рабочее давление должно быть меньше допустимого из условия прочности запорной арматуры

Условие выполняется.

3. Определение диаметра нефтепровода

Внутренний диаметр нефтепровода вычисляется по формуле (3.3.1)

где w₀ – рекомендуемая скорость перекачки, определяемая из графика [1, рис.3.3.1] w₀ =2,15м/с.

По вычисленному значению внутреннего диаметра, принимается ближайший стандартный наружный диаметр нефтепровода - 1020 мм. Значение наружного диаметра также можно определить по таблице [1, рис.3.3.1], в зависимости от производительности нефтепровода.

По приложению 1 [1, стр.59-60] выбираем, что для сооружения нефтепровода применяются трубы Волжского трубного завода по ТУ 1104-138100-357-02-96 из стали марки 17Г1С (временное сопротивление стали на разрыв σ_вр=510 МПа, σ_т=363 МПа, коэффициент надежности по материалу k₁=1,4). Перекачку предполагаем вести по системе «из насоса в насос», то n_р=1,15; так как D_н=1020 мм k_н=1,05; m=0,9 для трубопроводов III категории.

4. Определение толщины стенки

Определяем расчетное значение толщины стенки трубопровода по формуле (3.4.1)

где n_р - коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,15 - для нефтепроводов, работающих в системе «из насоса в насос»; 1,1 – во всех остальных случаях.

Р - рабочее (нормативное) давление, МПа.

R₁ – расчетное сопротивление материала стенки трубопровода, которое можно рассчитать по формуле (3.4.2)

Полученное значение округляем в большую сторону до стандартного значения и принимаем толщину стенки равной – 9,5 мм.

Расчетное сопротивление металла трубы по формуле (3.4.2)

где R₁^н- нормативное сопротивление растяжению (сжатию) материала труб и сварных соединений, определяемое из условия работы на разрывы, равное минимальному пределу прочности=σ_вр МПа;

m - коэффициент условий работы трубопровода, для I, II категории трубопроводов m=0,75; для III, IV категории трубопроводов m=0,9; для В категории трубопроводов m=0,6;

К₁ - коэффициент надежности по материалу (приложение 1[1, стр.59-60]);

К_н - коэффициент надежности по назначению трубопровода, зависящий от его диаметра (для D_н≥1000 мм К_н=1,05).

Определяем абсолютное значение максимального положительного и максимального отрицательного температурных перепадов по формулам (3.4.7) и (3.4.8)

где  - коэффициент Пуассона, =0,3(для стали);

 – коэффициент линейного расширения металла,  =1,210^-5 1/⁰С;

Е – модуль Юнга, Е=2,0610⁵ МПа.

Для дальнейшего расчета принимаем большее из значений, ΔТ=92,83 град.

Рассчитаем продольные осевые напряжения _{пр N} по формуле (3.4.5)

где D_в – внутренний диаметр трубопровода, м.

где δ – толщина стенки трубопровода, м.

Знак «плюс » указывает на отсутствие осевых сжимающих напряжений, поэтому толщину стенки принимаем 9,5 мм.