Технологический расчет нефтепровода

Расчетная пропускная способность нефтепровода определяется по формуле:

=>;

Где Gr — массовый годовой расход нефти.

— расчетная плотность нефти (при расчетной температуре -0,5 С).

8400 — расчетное число часов работы в году.

Расчетная плотность нефти при температуре вычисляется по формуле:

.

где — плотность нефти при t=.

Коэффициент кинематической вязкости находим по формуле:

.

где вязкость V_p измеряется в сСт (мм /с),.

Т_р — расчетная температура в кельвинах (К).

Откуда.

Коэффициенты a и b определены по формулам:

=>

=>

Ориентировочное значение внутреннего диаметра нефтепровода определяем по формуле:

=>; где.

Q — секундная подача.

W = 1,3 м/с — скорость перекачки при расчетной пропускной способности.

Q = 1361,744 м³/ч. (определяется по графику W-Q).

(W-Q) Зависимость рекомендуемой скорости перекачки от плановой пропускной способности нефтепровода.

Таблица 1.

Механические характеристики трубных сталей.

Примем ближайший наружный диаметр трубопровода (табл. 1).

D_н = 720 мм Примем марку стали труб 17Г1С с пределом прочности у_в = 520 МПа.

Согласно коэффициенты m, n, K₁, K_н имеют значения:

n = 1, 15; m = 0, 9; K₁ = 1, 47; K_н = 1, 0.

Расчетное сопротивление металла трубы определяем по формуле:

=>; где.

— предел прочности.

M — коэффициент условий работы трубопровода, зависящий от его категории: магистральных нефтепроводов m=0.9.

К1 — коэффициент надежности по материалу; для сварных труб из горячекатаной и нормализованной низколегированной стали Кн — коэффициент надежности по значению трубопровода Основные магистральные и подпорные насосы выбираем по расчетной пропускной способности Q = 1361,744 м³/ч (табл. 2):

­ магистральный насос НМ 1250−260 с производительностью 1250 м³/ч и напором 260 м;

­ подпорный насос НМП 2500−74 с производительностью 2500 м³/ч и напором 74 м.

Таблица 2.

Характеристика насосов нефтеперекачивающих станций.

При расчетной подаче напоры, развиваемые насосами,.

h_М = 250 м.

h_П = 72,5 м.

Рабочие характеристики подпорных насосов (h_п).

Характеристика насоса НМ 1250−260(n = 3000 об/мин; D₂ = 440 мм) (h_м).

Рабочее давление, развиваемое насосной станцией находим по формуле:

; где.

;- соответственно напор, развиваемый магистральным насосом при расчетной Q по рабочим характеристикам насосов.

• -число рабочих магистральных насосов (обычно 3)
• — допустимое давление нефтеперекачивающей станции, исходя из прочности корпуса насоса или запорной арматуры

G = 9.81 -ускорение свободного падения.

— плотность нефти.

Необходимая толщина стенки трубы определяется по формуле:

=>; где Р — рабочее давление в трубопроводе.

— наружный диаметр трубы.

n — коэффициент надежности по нагрузке (рабочему давлению); для диаметра труб от 720 до1220 мм n=1.15.

Для труб из стали 17Г1С и D_н = 720 мм (табл. 1) ближайшая большая толщина стенки равна д = 9,1 мм.

Определяем внутренний диаметр трубопровода:

=>; где.

• — необходимая толщина стенки трубы
• — наружный диаметр трубы.

Определяем фактическую скорость течения нефти в трубопроводе:

=>; где.

• -расчетная пропускная способность (м/с)
• -внутренний диаметр трубы

Определяем число Рейнольдса:

=>; где.

Dвн — внутренний диаметр трубопровода.

W — фактическая скорость течения нефти по трубопроводу Находим первое переходное число Рейнольдса:

=>; где.

— эквивалентная шероховатость труб (0,015);

Сравнивая Re и Re₁, получаем, что режим течения турбулентный, зона гидравлически гладкого трения.

Определяем коэффициент гидравлического сопротивления (формула Блазиуса):

=>; где.

Reчисло Рейнольдса Определяем гидравлический уклон:

=>; где.

— коэффициент гидравлического сопротивления.

Dвн — внутренний диаметр трубопровода.

W — фактическая скорость течения нефти по трубопроводу Определяем суммарные потери напора в трубопроводе:

=>; где.

— гидравлический уклон.

Lрасчетная длина нефтепровода.

Z — разность геодезических отметок от конца и начала трубопровода Расчетный напор перекачивающей станции при выполнении условия определяется по:

=>; где.

• — число рабочих магистральных насосов
• — напор магистрального насоса

Определяем расчетное число насосных станций:

=>; где.

H — суммарные потери напора.

Nэ — число эксплуатационных участков (1).

hкп — остаточный напор Нст — расчетный напор Округлим число насосных в меньшую сторону, примем n = 2.

При расчетной подаче Q =1361,744м3/ч суммарный напор всех насосов составляет (т. Б на кривой 3, рис. 4):

=>

Суммарные потери напора в трубопроводе с учетом остаточного напора (т. Е на кривой 1, рис. 4) составляют:

=>

Сопоставляя потери напора и суммарный напор всех насосов, видим, что потери превышают напор, при этом расчетная подача не будет обеспечена.

Чтобы обеспечить расчетную подачу, необходимо уменьшить сопротивление трубопровода прокладкой лупинга.

нефтепровод труба насосный силовой Определяем необходимую длину лупинга:

=>; где.

i_л -гидравлический уклон лупинга.

i-гидравлический уклон.

— расчетное число НС.

n — число НС.

Гидравлический уклон лупинга i_л при D_л = D_вн:

=>

Суммарные потери напора на трение в трубопроводе с лупингом с учетом hкп (т. Б на кривой 2) составляют:

Следовательно, необходимая длина лупинга определена верно.

Построим совмещенную характеристику трубопровода и НС Для построения характеристики трубопровода зададимся рядом расходов в диапазоне 0,8…1,2Q от расчетной подачи. С учетом остаточного напора определим суммарные потери напора в трубопроводе в координатах Q-H построим характеристику трубопровода. В предыдущем расчете при Q = 1361,744 м³/ч уже определено одно значение Н =1658,4 м. Аналогично строится характеристика трубопровода с лупингом. В рассматриваемом расчете при расчетной подаче определены суммарные потери напора с учетом h_кп они составляют H_с^п = 1607,72 м.

Построим суммарную характеристику всех насосных станций с учетом подпорных насосов. Характеристика основного насоса НМ 1250 — 260 представлена на характеристике насоса НМ 1250−260 при начальных значениях подач определим напор, развиваемый насосом с колесом диаметром D₂ = 440 мм и по формуле для 3 насосных станций определим развиваемый напор. К этим значениям добавим напор, развиваемый подпорным насосом, и построим искомую характеристику 3 (рис. 1). Суммарная характеристика только магистральных насосов представлена на кривой 4.

Таблица 3.

Характеристика трубопровода без лупинга.

Таблица 4.

Характеристика трубопровода с лупингом.

Примечание. В таблицах введены следующие обозначения:

• 1. Q, м3/ч — часовая объемная производительность трубопровода;
• 2. i — гидравлический уклон основной магистрали;
• 3. i л — гидравлический уклон лупингованного участка;
• 4. Н, м — потери напора с учетом местных сопротивлений и остаточного напора.

По результатам расчета построены характеристика трубопровода без лупинга 1 и с лупингом 2 (рис. 1).

Таким образом, точки, А и В пересечений суммарной характеристики насосных станций с учетом подпорного насоса 3 и характеристики трубопроводов 1,2 являются рабочими точками. Как видно из рис. 1 рабочая точка, А соответствует производительности 1200 м³/ч. которая меньше расчетной. Чтобы обеспечить расчетную подачу 1361,744 м³/ч и был рассчитан лупинг длиной Х_л = 15,16 148 м. Рабочая точка Б стала соответствовать расчетной подаче.

По результатам расчета произведем расстановку насосных станций на профиле трассы.