Основные формулы для гидравлического расчета нефтепровода

 

Цель гидравлического расчета – это определение потерь напора в нефтепроводе и необходимого количества НПС.

(Из Нечваль):

Расчетная часовая производительность нефтепрово­да определяется по формуле

(1.5)

где G_год – годовая (массовая) производительность нефте­провода, млн. т/год;

r – расчетная плотность нефти, кг/м³;

N_р – расчетное число рабочих дней (табл. 1.3).

Исходя из расчетной часовой производительности нефтепровода, подбирается основное оборудование перекачивающей станции (подпорные и магистральные насосы). По их напорным характеристикам вычисляется рабочее давление (МПа)

 

(1.6)

где g – ускорение свободного падения;

h_п, h_м – соответственно напоры, развиваемые подпорным

и магистральным насосами;

m_м – число работающих магистральных насосов на

перекачивающей станции.

Ориентировочное значение внутреннего диаметра вычисляется по формуле

(1.7)

где w_o – рекомендуемая ориентировочная скорость перекачки, определяемая из графика (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Зависимость рекомендуемой скорости перекачки

от плановой производительности нефтепровода

 

По значению D_o принимается ближайший стандартный наружный диаметр D_н. Значение D_н можно также определять по таблице 1.4. [4]. Для дальнейших расчетов и окончательного выбора диаметра нефтепровода назначаются несколько (обычно три) смежных стандартных диаметра.

 

Для каждого значения принятых вариантов стандартных диаметров вычисляется толщина стенки трубопровода

 

(1.8)

где P – рабочее давление в трубопроводе, МПа;

n_p – коэффициент надежности по нагрузке (n_p=1,15);

R₁ – расчетное сопротивление металла трубы, МПа

s_в – временное сопротивление стали на разрыв, МПа;

m_у – коэффициент условий работы;

k₁ – коэффициент надежности по материалу;

k_н – коэффициент надежности по назначению;

Коэффициенты n_p, m_у, k₁, и k_н находятся из [16].

 

Вычисленное значение толщины стенки трубопровода d_о округляется в большую сторону до стандартной величины d из рассматриваемого сортамента труб.

Внутренний диаметр трубопровода определяется по формуле

D = D_н – 2d. (1.9)

Гидравлический расчет нефтепровода выполняется для каждого конкурирующего варианта. Результатом гидравлического расчета является определение потерь напора в трубопроводе.

Потери напора в трубопроводе

При перекачке нефти по магистральному нефтепроводу напор, развиваемый насосами перекачивающих станций, расходуется на трение жидкости о стенку трубы h_t, преодоление местных сопротивлений h_мс, статического сопротивления из-за разности геодезических (нивелирных) отметок Dz, а также создания требуемого остаточного напора в конце трубопровода h_ост.

Полные потери напора в трубопроводе составят

 

H = h_t + h_мс + Dz + h_ост. (1.10)

 

Следует отметить, что по нормам проектирования расстояния между линейными задвижками составляют 15…20 км, а повороты и изгибы трубопровода плавные, поэтому доля местных сопротивле­ний невелика. С учетом многолетнего опыта эксплуатации трубопроводов с достаточной для практических расчетов точностью можно принять, что потери напора на местные сопротивления составляют 1…3% от линейных потерь. Тогда выражение (1.10) примет вид

 

H = 1,02h_t + Dz + h_ост. (1.11)

 

Под разностью геодезических отметок понимают разность отметок конца и начала трубопровода Dz = z_к – z_н. Величина Dz может быть как положительной (перекачка на подъем), так и отрицательной (под уклон).

Остаточный напор h_ост необходим для преодоления сопротив­ления технологических коммуникаций и заполнения резервуаров конечного пункта (а также промежуточных перекачивающих станций, находящихся на границе эксплуатационных участков).

Потери напора на трение в трубопроводе определяют по формуле Дарси-Вейсбаха

, (1.12)

 

либо по обобщенной формуле лейбензона

 

, (1.13)

 

где L_р – расчетная длина нефтепровода;

D – внутренний диаметр трубы;

w – средняя скорость течения нефти по трубопроводу;

Q – расход нефти.

n – расчетная кинематическая вязкость нефти;

l – коэффициент гидравлического сопротивления;

b, m – коэффициенты обобщенной формулы Лейбензона.

 

Значения l, b и m зависят от режима течения жидкости и шероховатости внутренней поверхности трубы. Режим течения жидкости характеризуется безразмерным параметром Рейнольдса

 

= ωDρ/μ, (1.14)

 

При значениях Re<2320 наблюдается ламинарный режим течения жидкости. Область турбулентного течения подразделяется на три зоны:

§ Гидравлически гладкие трубы 2320<Re<Re₁;

§ Зона смешанного трения Re₁<Re<Re₂;

§ Квадратичное (шероховатое) трение Re> Re₂.

Значения переходных чисел Рейнольдса Re₁ и Re₂ определяют по формулам

,

где – относительная шероховатость трубы;

k_Э – эквивалентная (абсолютная) шероховатость стенки трубы, зависящая от материала и способа изготовления трубы, а также от ее состояния. Для нефтепроводов после нескольких лет эксплуатации можно принять k_Э=0,2 мм.

Расчет коэффициентов l, b и m выполняется по формулам, приведенным в табл. 1.5.

Таблица 1.5

Значения коэффициентов l, b и m для различных

режимов течения жидкости

 

Режим течения	l	m	b, с^2/м
ламинарный	64/Re		4,15
тур­бу­лент-­ный	гидравлически гладкие трубы	0,3164/Re^0,25	0,25	0,0246
смешанное трение		0,123
квадратичное трение			0,0826·l