Гидравлический расчет при заданной расстановке насосных станций при перекачке монопродукта

5.1.1 На основе гидравлических расчётов магистральных трубопроводов определяется требуемое давление на входе и выходе НПС. Исходными данными для расчетов являются потери напора на трение в технологических трубопроводах (определяются согласно разделу 5.6), свойства нефти, параметры трубопроводов и проектная пропускная способность.

5.1.2 Исходные данные необходимые для гидравлического расчёта представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Исходные данные для гидравлического расчета

№ п/п	Наименование	Обозначение	Единица измерения
	Пропускная способность проектная		млн.т/год
	Реологические свойства нефти:
расчетное значение плотности		кг/м^3
расчетное значение кинематической вязкости		м^2/с
	Параметры магистрального нефтепровода:
Длина участка нефтепровода между соседними НПС		км
Расстояние от НПС перед перевальной точкой до перевальной точки	Lпт	км
Расстояние от последней НПС до резервуарного парка	Lрп	км
Разность высотных отметок между соседними НПС	∆z	м
Разность высотных отметок между НПС перед перевальной точкой и перевальной точкой	∆zпт	м
Разность высотных отметок между последней НПС и резервуарным парком	∆zрп	м
Разность высотных отметок максимального взлива резервуара и магистрального трубопровода данной НПС с ёмкостью		м
Наружный диаметр трубопровода	D	м
Толщина стенки		м
	Коэффициент неравномерности перекачки (определяется согласно таблице 7.3 раздела 7.2)		-

Окончание таблицы 5.1

	Гидравлический уклон (определяется согласно разделу 5.6)		м/км
	Потери напора от регуляторов давления до точки подключения НПС к линейной части магистрального трубопровода		м
	Потери напора в коммуникациях следующей НПС от точки подключения станции к линейной части магистрального трубопровода до точки подключения первого магистрального насоса		м
	Напор перед магистральным насосом, который обеспечивает безкавитационную работу		м
	Запас на перевальную точку		м
	Потери напора в трубопроводах НПС с ёмкостью от магистрального трубопровода до наиболее удалённого резервуара		м
	Потери напора на участке от нагнетательного патрубка первого магистрального насоса до выхода из помещения регуляторов давления		м

 

5.1.3 Определение расчетного значения кинематической вязкости.

Расчетное значение кинематической вязкости определяется на основе среднемесячных значений вязкости по формуле:

, (5.1)

где - среднее значение кинематической вязкости в -м месяце, м²/с.

Расчетное значение плотности определяется на основе среднемесячных значений плотности по формуле:

, (5.2)

где _i – среднее значение плотности в -м месяце, кг/м³.

5.1.4 Определение расчётной пропускной способности нефтепровода.

Часовая пропускная способность нефтепровода расчётная, м³/час определяется по формуле:

(5.3)

Суточная пропускная способность МН, тыс. т/сут. определяется по формуле:

(5.4)

Скорость течения нефти, м/с при производительности, равной проектной пропускной способности, вычисляется по формуле:

(5.5)

5.1.5 Проверка принятой расстановки НПС.

Требуемый напор, м для заданного расхода на НПС на выходе МНС (за регулятором давления), определяется по формулам:

- при работе на следующую промежуточную станцию:

(5.6)

- при работе на перевальную точку:

(5.7)

- при работе на ёмкость следующей НПС:

(5.8)

Для трубопровода, имеющего лупинги, вставки, подкачки / откачки произведение iL в формулах (5.6) – (5.8) определяется по формуле:

, (5.9)

где: m – общее количество участков между соседними НПС, включая участки с лупингами, вставками, подкачками / откачками;

- гидроуклон на j – м участке;

- длина j-го участка.

5.1.6 Определение требуемого давления на выходе НПС, МПа, по значению требуемого напор, м, производится по формуле:

(5.10)

5.1.7 Определение напора на станции с учётом передаваемого подпора на всасывании первого насоса и потерь напора перекачивающей станции производится по формуле:

, (5.11)

Требуемый дифференциальный напор магистральных насосов с учётом обрезки колеса:

, (5.12)

где: –дифференциальный напор магистрального насоса по характеристике с учётом обрезки колеса, определяемой по требуемому напору насоса при заданной подаче (с учетом пересчета на вязкость);

–потери напора на участке от нагнетательного патрубка первого магистрального насоса до выхода из помещения регуляторов давления, м;

–подпор на всасывании первого по ходу насосного агрегата (должен быть не менее величины, которая обеспечивает бескавитационную работу насоса и может содержать дополнительный напор с предыдущей НПС или с перевальной точки), м;

–число рабочих магистральных насосов, шт.

5.1.8 Формула для обоснования ориентировочного значения внутреннего диаметра нефтепровода D₀ [2]:

, (5.13)

где: Q – секундная подача, м³/с;

W – скорость перекачки, м/с.

По ориентировочному значению D принято ближайший стандартный D_н наружный диаметр.

 

Рисунок 5.1 - Зависимость рекомендуемой скорости перекачки от плановой пропускной способности нефтепровода

Пример расчёта

Расчет по определению требуемого напора и давления на выходе НПС.

Расчетные значение кинематической вязкости и плотности определены на основе следующих среднемесячных значений (таблица 5.2).

Таблица 5.2 – Среднемесячные значения вязкости и плотности

Месяц	Значение вязкости , м^2/с ·10^6	Значение плотности i, кг/м^3
Январь	18,64
Февраль	20,47
Март	20,26
Апрель	20,17
Май	17,79
Июнь	14,81
Июль	13,2
Август	13,56
Сентябрь	13,84
Октябрь	15,16
Ноябрь	17,59
Декабрь	19,08

 

Применяя формулу (5.1), получим расчетное значение кинематической вязкости:

Применяя формулу (5.2), получим расчетное значение плотности:

В таблицах 5.3 и 5.4 приведены исходные данные для расчёта.

Таблица 5.3 – Исходные данные для расчета

№ п/п	Наименование	Значение
	Пропускная способность проектная, млн.т/год
	Длина трассы нефтепровода, км	1140,087
	Наружный диаметр трубопровода, м	1,067
	Толщина стенки, м	0,015
	Запас на перевальную точку, м
	Коэффициент неравномерности	1,07

Данные по расстановке НПС приняты на основе расстановки и определения требуемого количества НПС (см. 5.3) и приведены в таблице 5.4.

Таблица 5.4 – Данные по расстановке НПС

НПС	Километровая отметка НПС, км	Длина между НПС, км	Высотная отметка, м	Разность высотных отметок между НПС, м
НПС 1	-0,300	122,476	208,3	-19,30
НПС 2	122,176	113,134	189,0	23,40
НПС 3	235,310	126,606	212,4	-16,40
НПС 4	361,916	120,513	196,0	31,70
НПС 5	482,429	148,286	227,7	-141,70
НПС 6	630,715	131,204	86,0	-38,30
НПС 7	761,919	122,65	47,7	5,60
НПС 8	884,567	131,19	53,3	-27,30
НПС 9	1015,752	124,34	26,0	2,70
Конечный пункт (РП)	1140,087	-	28,7	-

 

Перевальных точек на профиле трассы нет.

Примем, что на НПС 5 (482,429 км) имеется подкачка с производительностью 3,5 млн.т/год.

На НПС 8 (884,567 км) имеется откачка с производительностью 2,8 млн.т/год.

Проектная пропускная способность нефтепровода составляет:

- от НПС-1 до НПС-5 пропускная способность равна 50 – 3,5 = 46,5 млн.т/год;

- от НПС-5 до НПС-8 пропускная способность равна 50 млн.т/год;

- от НПС-8 до КП пропускная способность равна 50 – 2,8 = 47,2 млн.т/год.

Для расчёта принимаем следующие данные:

- - потери напора, в коммуникациях следующей НПС от точки подключения станции к линейной части магистрального трубопровода до точки подключения первого магистрального насоса, м;

- - потери напора от регуляторов давления до точки подключения НПС к линейной части магистрального трубопровода;

- м - потери напора в трубопроводах НПС с ёмкостью от магистрального трубопровода до наиболее удалённого резервуара, м;

- - потери напора на участке от нагнетательного патрубка первого магистрального насоса до выхода из помещения регуляторов давления, м;

- - разность высотных отметок максимального взлива резервуара и магистрального трубопровода данной НПС с ёмкостью, м;

- м - напор перед магистральным насосом, который обеспечивает безкавитационную работу (см. 6.1).

Пропускная способность, согласно формуле (5.3):

- от НПС-1 до НПС-5 равна ;

- от НПС-5 до НПС-8 равна ;

- от НПС-8 до КП равна .

Средняя скорость течения нефти, согласно формуле (5.5):

- от НПС-1 до НПС-5: ;

- от НПС-5 до НПС-8: ;

- от НПС-8 до КП: ;

Число Рейнольдса (см. 5.6):

- от НПС-1 до НПС-5: ;

- от НПС-5 до НПС-8: ;

- от НПС-8 до КП: .

Коэффициент гидравлического сопротивления вычисляется по формуле (см. 5.6, таблица 5.16):

- от НПС-1 до НПС-5: ;

- от НПС-5 до НПС-8: ;

- от НПС-8 до КП: .

- Гидравлический уклон, согласно формуле (5.3):

- от НПС-1 до НПС-5: ;

- от НПС-5 до НПС-8: ;

- от НПС-8 до КП:

Требуемый напор на НПС на выходе МНС определяется, согласно формулам (5.6) и (5.8):

- на НПС 1:

;

- на НПС 5:

- на НПС 9:

.

Для НПС 1 (требуемый напор на НПС на выходе МНС равен 565,6 м) расчет давления на выходе производится по формуле (5.10):

Результаты расчета требуемого напора и давления на НПС на выходе МНС приведены в таблице 5.5.

Таблица 5.5 – Требуемый напор и давление на выходе НПС