10. Уравнение баланса напоров

Для магистрального нефтепровода постоянного диаметра с n перекачивающими станциями, уравнение баланса напоров имеет вид

. (1.34)

В начале каждого эксплуатационного участка ПС оснащены подпорными насосами. В конце трубопровода и каждого эксплуатационного участка требуется обеспечить остаточный напор h_ОСТ для преодоления сопротивления технологических трубопроводов и закачки в резервуары.

Правая часть уравнения (1.34) представляет собой полные потери напора в трубопроводе, то есть Н. В случае наличия вставок или лупингов по трассе правая часть уравнения (1.34) определяется по формуле (1.32).

Левая часть уравнения (1.34) – суммарный напор, развиваемый всеми работающими насосами перекачивающих станций (активный напор). С помощью коэффициентов характеристик насосов активный суммарный напор может быть представлен зависимостью

, (1.35)

где m_М – количество работающих магистральных насосов на одной ПС;

m_П – количество работающих подпорных насосов на ГПС (или на ПС в начале эксплуатационного участка), включенных параллельно;

а_П, b_П, h_П – коэффициенты характеристики и напор, развиваемый подпорным насосом при подаче Q;

а_М, b_М, h_М – то же для магистрального насоса.

Обозначив и ,

можно записать , (1.36)

Выразив левую часть уравнения (1.34) через (1.35), а правую часть – через (1.30), получим уравнение баланса напоров в аналитической форме (1.37)

.

Раскрывая скобки и решая уравнение (1.37) относительно расхода, имеем

. (1.38)

Если в общем случае на линейной части имеются лупинги и вставки, уравнение (1.38) примет вид

. (1.39)

Определив расход Q, можно вычислить напор, развиваемый перекачивающими станциями, а также суммарные потери напора в трубопроводе. Обе эти величины одинаковы (условие баланса напоров).

11. Совмещенная характеристика нп и перекачивающих станций

Значения напора и расхода рабочей точки А можно получить графически, построив совмещенную характеристику трубопровода и насосных станций. Точка пересечения характеристик называется рабочей точкой (А), которая характеризует потери напора в нефтепроводе и его пропускную способность при заданных условиях перекачки (рис. 1.12).

Р авенство создаваемого и затраченного напоров, а также равенство подачи насосов и расхода нефти в трубопроводе приводят к важному выводу: трубопровод и перекачивающие станции составляют единую гидравлическую систему. Изменение режима работы ПС (отключение части насосов или станций) приведет к изменению режима нефтепровода в целом. Изменение гидравлического сопротивления трубопровода или отдельного его перегона (изменение вязкости, включение резервных ниток, замена труб на отдельных участках трассы и т. п.) в свою очередь окажет влияние на режим работы всех перекачивающих станций.

12. Определение числа перекачивающих станций

На основании уравнения баланса напоров, необходимое число перекачивающих станций составит

, (1.40)

где H_СТ=m_Мh_М – расчетный напор станции.

Как правило, значение n₀ оказывается дробным и его следует округлить до целого числа.

Рассмотрим вариант округления числа ПС в меньшую сторону (рис. 1.13.). В этом случае при n<n₀ напора станций недостаточно, следовательно для обеспечения плановой производительности Q_ПЛ необходимо уменьшить гидравлическое сопротивление трубопровода прокладкой дополнительного лупинга (вставки большего диаметра). При этом характеристика трубопровода станет более пологой и рабочая точка А₁ сместится до положения А₂.

Р ис. 1.13. Совмещенная характеристика нефтепровода при округлении числа ПС в меньшую сторону

1 – характеристика трубопровода постоянного диаметра;

2 – характеристика трубопровода с лупингом (вставкой)

Необходимую длину лупинга определяем следующим образом. Запишем уравнение баланса напоров для расчетного n₀ и округленного n числа перекачивающих станций

(1.41)

Вычитая из первого уравнения второе, получим

(1.42)

откуда

(1.43)

Аналогичное выражение можно получить и для вставки большего диаметра

(1.44)

Во втором случае при округлении числа перекачивающих станций n₀ в большую сторону, в трубопроводе установится расход Q>Q_ПЛ (рис. 1.14). Если нет возможности обеспечить такую производи­тель­ность, требуется снизить напор станции. Уменьшить напоры ПС можно следующими способами: установкой сменных роторов, отключением части насосов (циклической перекачкой), а также обточкой рабочих колес.

Рис. 1.14. Совмещенная характеристика нефтепровода при округлении числа ПС в большую сторону

При обточке рабочего колеса магистрального насоса его напор должен быть уменьшен до величины

(1.45)

Диаметр уменьшенного после обточки рабочего колеса равен

, (1.46)

где D_З – диаметр заводского рабочего колеса;

Q – подача насоса, равная Q_ПЛ;

а_М, b_М – коэффициенты характеристики магистрального насоса, равные

; (1.47)

(1.48)

h_М1, h_М2 – напор магистрального насоса, соответственно при подачах и на границах рабочего диапазона.

Для построения характеристики (Q–H) насоса с обточенным рабочим колесом пользуются соотношениями

(1.49)

где Q_З, h_М – координаты точки заводской напорной характеристики насоса.

Следует отметить, что степень обточки рабочего колеса D_У/D_З должна быть не менее 0,9. В противном случае это приведет к значительному уменьшению коэффициента полезного действия насоса.

При циклической перекачке эксплуатация нефтепровода осуществляется на двух режимах (рис. 1.15): часть планового времени T₂ перекачка ведется на повышенном режиме с производительностью Q₂>Q_ПЛ (например, если на каждой ПС включено m_М магистральных насосов). Остаток времени T₁ нефтепровод работает на пониженном режиме с производи­тельностью Q₁<Q_ПЛ (например, если на каждой ПС включено m_М -1 магистральных насосов).

Параметры циклической перекачки определяются из решения системы уравнений

(1.50)

где V_Г – годовой объем перекачки, V_Г=G_Г/ .

З начения Q₁ и Q₂ определяются из совмещенной характе­ристики либо аналитически. Решение системы сводится к вычислению T₁ и T₂

. (1.51)