Гидравлический расчет нефтепровода, определение числа перекачивающих станций

5,345МН<9,518МН;    5,345МН<55,241 МН.

 

Проверяем общую устойчивость криволинейных участков трубопроводов, выполненных с упругим изгибом. По формуле (3.5.25) вычисляем

;

.

По графику рис.3.5.1., находим βN=25,5.

Определяем критическое усилие для криволинейных участков трубопровода по формулам

,

.

Из двух значений выбираем наименьшее и проверяем условие

0,9х6,761х106=6,085 МН >5,345 МН

Условие устойчивости криволинейных участков выполняется.

 

2.  Гидравлический расчёт трубопровода

 

2.1 Гидравлический расчет нефтепровода, определение числа перекачивающих станций

Определяем секундный расход нефти и ее среднюю скорость по формулам

,

Определяем режим течения

 

Так как Re>2320, режим течения жидкости турбулентный.

Определим зону трения

Для этого определяем относительную шероховатость труб при kэ=0,05мм

Первое переходное число Ренольдса

 

 

Второе переходное число Ренольдса

Так как Re< ReI, то течение нефти происходит в зоне гидравлически гладких труб, поэтому коэффициент гидравлического сопротивления вычисляем по формуле из таблицы (3.6.1)

.

Определяем гидравлический уклон в нефтепроводе по формуле

.

Определяем полные потери в трубопроводе, приняв Нкп=40 м. Число эксплуатационных участков определяем по формуле

,

,

.

Определяем расчетный напор одной станции по формуле

Расчетное число насосных станций определяем по формуле

.

Если округлить число НПС в меньшую сторону (6 станций), то гидравлическое сопротивление трубопровода можно снизить прокладкой лупинга.  Приняв диаметр лупинга равным диаметру основного трубопровода, найдем значение ω и длину лупинга по формулам

.

.

Строю совмещенную характеристику нефтепровода постоянного диаметра и нефтепровода, оборудованного с лупингом и нефтеперекачивающих станций. Для этого выполню гидравлический расчет нефтепровода в диапазоне от 1900 до 3100м3/ч с шагом 200 м3/ч. Результаты вычислений представлены в таблице 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ОБЩИЕ  ПОЛОЖЕНИЯ

 

1.1. При расчетах  по данной методике нефтепровод  считается изотермическим, если  при значениях минимальной и  максимальной температур нефти  на расчетном участке вязкости  отличаются не более чем на 10 %.

 

1.2. Под газонасыщенной  нефтью понимается нефть с растворенными в ней компонентами природного газа, для поддержания однофазного состояния которой требуется давление, превышающее атмосферное.

 

1.3. Под газосодержанием  понимается отношение объема  газа, приведенного к стандартным  условиям (760 мм. рт. ст., 293 К) к объему дегазированной нефти, из которой этот газ выделился.

 

1.4. Методика  определяет порядок гидравлического  расчета нефтепроводов для транспорта  газонасыщенных нефтей, но не  регламентирует методы их проектирования  и технологические режимы их  эксплуатации.

 

1.5. Условные  обозначения:

 

Н - суммарные потери напора на расчетном участке, м. ст. м.;

 

hтр - потери напора на трение на расчетном участке, м. ст. м.;

 

hмс - потери напора на преодоление местных сопротивлений, м. ст. м.;

 

?Z - алгебраическая разность высотных отметок конца и начала расчетного участка, м;

?Zр - разность высотных отметок максимального залива продукта в резервуарах станции с емкостью (или конечного пункта) и конца расчетного участка, м;

 

l - длина расчетного участка, м;

 

i - гидравлический уклон, м/м;

 

? - коэффициент  гидравлического сопротивления;

 

d - внутренний диаметр трубопровода, м;

W - скорость движения жидкости в трубопроводе, м/с;

 

Wмс - расчетная скорость движения жидкости в местном сопротивлении, м/с;

 

g - ускорение силы тяжести, 9,81 м/с2;

 

Re - параметр Рейнольдса;

 

? - коэффициент  местного сопротивления;

 

 

? - поправочный  коэффициент;

 

v - коэффициент кинематической вязкости газонасыщенной нефти, м2/с;

 

? - плотность, кг/м3;

 

Q - объемный расход, м3/с;

 

G - массовый расход, кг/с;

 

 

Ф - газосодержание нефти, м3/м3;

 

Hст - требуемый напор станции непосредственно за регулятором давления, м. ст. ж.;

 

рст - требуемое давление станции за регулятором давления, н/м2;

 

ps - давление насыщения нефти при максимальной температуре на участке, н/м2;

 

pз - давление запаса над давлением насыщения нефти для предотвращения образования двухфазного потока, н/м2;

 

 

?h - подпор к основному насосу, обеспечивающий его бескавитационную работу, м. ст. ж.

 

Индексы «нд», «нг», «г» относятся соответственно к:

 

- дегазированной  нефти;

 

- газонасыщенной  нефти;

 

- газу.

 

2. ИСХОДНЫЕ  ДАННЫЕ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА

 

Для выполнения расчетов по настоящей методике необходимы следующие исходные данные:

 

1) производительность  нефтепровода по дегазированной нефти;

 

2) коэффициент  кинематической вязкости при  заданном газосодержании и расчетной  температуре;

 

3) плотность, дегазированной и газонасыщенной  нефти при расчетной температуре;

 

4) плотность  газа при стандартных условиях;

 

 

5) газосодержание  нефти;

 

6) внутренний  диаметр трубопровода или отдельных  его участков;

 

7) длина  трубопровода или отдельных участков  c различными диаметрами;

 

8) разность  геодезических отметок конца  иначала расчетного участка;

 

9) виды и  количество местных сопротивлений  в коммуникациях нефтеперекачивающей станции.

 

 

Исходные данные по характеристикам нефти и газа определяются по ОСТ 39-112-80. Нефть. Типовое исследование пластовой нефти.

3. Гидравлический  расчет нефтепровода

 

3.1. Расчетные  формулы позволяют определить:

 

требуемые напоры на нагнетательной стороне нефтеперекачивающей станции, необходимые для перекачки заданного количества дегазированной нефти;

 

расход газонасыщенной нефти при заданном расходе дегазированной нефти;

 

расход нефтепровода по газу, приведенный к стандартным условиям.

 

 

Расчет нефтепровода по данной методике производится в тех случаях, когда вязкость дегазированной и газонасыщенной нефтей отличаются не менее чем на 10 %.

 

Когда их отличие менее 10 %, расчет выполняется по вязкости дегазированной нефти.

 

3.2. Гидравлический расчет нефтепровода, предназначенного для транспортирования газонасыщенной нефти в однофазном состоянии при изотермических условиях, производится следующим образом.

 

При заданном массовом расходе нефтепровода по дегазированной нефти определяется объемный расход

 

(1)

 

 

Объемный расход газонасыщенной нефти находится по формуле

 

(2)

 

Суммарные потери напора на расчетном участке определяются по формуле

 

H = hтр + hмс + ?Z (3)

 

3.3. Потери  напора на трение находятся  по формуле

 

 

hтр= i · l (4)

 

3.3.1. При  работе станции на следующую  промежуточную нефтеперекачивающую  станцию длина расчетного участка  принимается от регуляторов давления  станции до входного патрубка  первого основного насоса следующей  станции.

 

3.3.2. При  работе станции на емкость следующей нефтеперекачивающей станции (или конечного пункта) длина расчетного участка принимается от регуляторов давления станции до наиболее удаленного резервуара станции с емкостью (или конечного пункта).

 

3.3.3. Гидравлический  уклон определяется по уравнению

 

(5)

 

 

где

 

(6)

 

3.4. Коэффициент  гидравлического сопротивления  определяется в зависимости от  значения параметра Рейнольдса

 

(7)

 

а) При значениях Re до 2040

 

 

(8)

 

б) При значениях Re от 2040 до 2800

 

? = (0,16Re - 13) · 10-4 (9)

 

в) При значениях Re более 2800 формулы определения ? для разных чисел Рейнольдса и предельные максимальные значения чисел Рейнольдса, ограничивающие область применения этих формул для труб различных диаметров, приведены в таблице 1.

 

3.5. Потери  напора на местные сопротивления  определяются по формуле

 

 

  (10)

 

Коэффициенты местных сопротивлений приведены в табл. 2, рис. 1 - 7.

 

Расчетная величина скорости Wмс находится по средней скорости потока с учетом режима течения по формуле

 

Wмс = ? · W (11)

 

Поправочный коэффициент ? равен:

 

 

для турбулентного режима ? = 1;

 

для ламинарного режима значение поправочного коэффициента ? определяется в зависимости от числа Рейнольдса (рис. 8.)

 

3.6. Требуемый  напор, развиваемый нефтеперерабатывающей станцией непосредственно за регулятором давления, находится по формулам.

 

3.6.1. При  работе на следующую промежуточную  нефтеперекачивающую станцию

 

(12)

 

 

3.6.2 При  работе на емкость следующей  нефтеперекачивающей станции или  конечного пункта)

 

(13)

 

3.7. Требуемое  давление, развиваемое нефтеперекачивающей  станцией, определяется по формуле

 

pст= Hст · ?нг · g (14)

 

3.8. Массовый  расход перекачиваемого по трубопроводу  газа находится по формуле

 

 

Gг= Qнд ·  Ф · ?г (15)

Коэффициенты гидравлических сопротивлений