Классификация нпс. Технологические схемы нпс.

НПС делятся на головные (ГНПС) и промежуточные (ПНПС). На ГНПС осущ.-ся след. тех.-е операции прием и учет н., краткосрочное хранение н. в резервуарах. Внутрестационарные перекачки н. Закачка н. в маг.-й т\д.Пуск в маг.-й т\д очистных и диагност.-х устройств. На ГНПС м. применятся подкачка н. из др. н\проводов или попутных н\промыслов. На ПНПС производится повышение напорной трубопроводной н. для ее дальнейшей перекачки. При перекачки из насоса в насос не имеет резервуарных парков. Если же перекачка ведется ч\з резервуары или с подключением резервуара, резервуарные парки имеются.

На ПНПС т.ж. устанавливают системы сглаживания волн давления и защиты от гидр. ударов.

Для снижения затрат на сооружения НПС используются метод блочно-комплектного или блочно-модульного их исполнения.

Все оборудование станций включает автоматику – в блочном исполнении монтируется, испытывается на заводе и доставляется на строй. площадку. Блочно- модульные НПС м. б. открытого типа т.е. расположение под навесом на открытом воздухе. Сами агрегаты защищены индивидуальными мет.-ми кожухами с автоматич. сист. вентиляции и подогрева.

Технологические схемы НПС. Тех. схемы НПС – наз. внемасштабный рис. на кот. приведена принципиальная схема работы НПС в виде сист. внутрестационарного коммуникаций т\да. Основными эл.-ми изображения на т.с. НПС являются: сист. обвязки НПС (трубопроводные коммуникации); сист. обвязки рез. парка; сист. обвязки подпорных и основных насосов; узлы тех. задвижек манифольды;размещение тех. оборудования (фильтрогрязеуловителей регуляторов давления, уловлив.-я и сбора утечек дренажа и т.д., узлы учета н., узлы приема и ввода в т\д очистных и и диагност.-х устройств,предохр.-е клапаны.

9.Расчет на прочность т\да. Уложенный в грунт т\д испытывает кольцевые, продольные и радиальные напряжения.

1)Кольцевые напряжения возникают под действием внут.-го давления Р. Величину _к выразим следующим образом. Давление создает на единице длины трубы разрывающее усилие равное Р. Ему противодействует сила сопротивления

(внутренний диаметр трубы)

Продольные напряжения создаются под действием внутрен­него давления, температуры и изгибающих усилий.

гдеµ _п - коэффициент Пуассона,=0,3; Е - модуль упругости для стали = 206000МПа; α _L- коэффициент линейного расширения = 12*10⁶1/град; ∆ T - расчетный температурный перепад; R_и — радиус изгиба трубопровода. +- растягивающие напряжения, а - - сжимающие.

Напряжения изгиба возникают на поворотах трассы трубопровода, а также при прохождении через вершины и впадины профиля трассы.

Радиальные напряжения малы и в расчетах не учитываются.

Маг.-е т-ды рассчитывают по м\ду предельных состояний. Предельным наз. такое состояние конструкции при достижении кот.-го ее нормальная эксплуатация становится невозможной. Подземные т\ды достигают предельного состояния, когда напряжения в них достигают предела прочности σ _вр, наземные-предела текучести.

Найдем расчетную толщину стенки т\да из ур.-я

Однако учитывая, что конструкция должна иметь некоторый запас прочности, заменим величину Р произведением п_р *Р (п_р- коэф. надежности по нагрузке), a _к -расчетным сопротивлением металла трубы и сварных соединений R1., что дает

п_р= 1,15 для нефте- и нефтепродуктопроводов, работающих по системе «из насоса в насос»; п_р =1,1 – во всех остальных случаях.

Расчетное сопротивление металла

m_y - коэффициент условий работы т\да; K_x – коэф. над.-ти по материалу; К_н- коэф. над.-ти по назначению т\да(СНИП)

При наличии продольных осев. сжим.-х напряжений:

ψ ₁ –коэф. учит.-й двухосное напр.-нное сост.-ие,

σ _вр -этоабс. знач. прод. осев.-х сжим. напр.-й вычисляемые по действ.-м расч.-м нагрузкам и возд.-м с учетом упругого пласт. раб.металла.

Расчет на устойчивость трубопровода в продольном направлении в плоскости наименьшей жесткости системы производят по неравенству

S≤m₀N_кр

Фактическое же эквивалентное продольное усилие в сечении трубы:

F-площадь сечения ТП, N_кр –продольное критическое усилие.

Для прямолинейных участков подземных трубопроводов в случае пластической связи трубы с грунтом продольное критическое усилие находится по формуле

где Р₀ - сопротивление грунта продольным перемещениям отрезка трубопровода единичной длины; q_верт — сопротивление вертикальным перемещениям отрезка трубопровода единичной длины, обусловленное весом грунтовой засыпки и собственным весом трубопровода, отнесенное к единице длины.

Величина Р₀ определяется следующим образом:

Величина P_гр вычисляется по формуле

 

Нагрузка от собственного веса металла трубы

Нагрузка от собственного веса изоляции для подземных трубопроводов

Нагрузка от веса нефти (нефтепродукта), находящегося в трубопроводе единичной длины,

Входящая в формулу (4.21) величина сопротивления грунта продольным перемещениям отрезка трубопровода единичной длины

Продольное критическое усилие для прямолинейных участков подземных трубопроводов в случае упругой связи с грунтом

Для криволинейных (выпуклых) участков трубопровода, выполненных упругим изгибом, в случае пластической связи трубы с грунтом критическое усилие

R_β - радиус упругого изгиба трубопровода, соответствующий рельефу дна траншеи.

Из двух значений N_кр, выбирают меньшее. Продольную устойчивость для криволинейных участков проверяют в плоскости изгиба трубопровода, а для прямолинейных участков подземных трубопроводов - в вертикальной плоскости с радиусом начальной кривизны 5000 м.

10.Основные этапы технологического расчета маг.-го н\провода. Тех. расчет маг. н\да предусматривает решение следующих основных задач: определение оптим.-ых параметров н\да. К ним относ. диаметр т\да, давление на НПС, толщина стенки т\да, число НПС; расстановка станций по трассе н\да; расчет экспл.-ых режимов н\да.

Для определения оптимальных параметров н\да обычно задаются несколько значений его диаметра, после чего выполняются гидравлический и механический расчеты. Результатом этих расчетов является опред.-е числа НПС и толщины стенки трубы для каждого конкурирующего варианта. Наилучший вариант находят из сравнительной оценки эффективности инвестиций, т. е. экономическим расчетом.

Расчет эксплуатац.-х режимов заключается в опред.-ии производительности н-да, давления на вых. станций и подпоров перед ними при условиях перекачки, отличающих-ся от проектных. Одновременно рассматр.-тся вопросы регулирования работы н\да.

Исходными данными для технол.-ого расчета н\дов являются:

1) плановое задание на перекачку G_г (млн. т/год);

2) свойства перекачиваемой нефти (плотность, вязкость, давление насыщенных паров и др.);

3) температура грунта на глубине заложения н\да;

4) характеристики труб и насосного оборудования;

5) сжатый профиль трассы н\да;

6) технико-экономич.-е показатели сооружения и эксплуатации линейной части н\да и насосных станций.

Технологич. расчет выполняется в следующей послед.-ти.

Опред.-ся средневзвеш. температура грунта вдоль трассы н\да

где Т_0i - температура грунта на глубине заложения н\да для участка длиной l_i.

По формулам вычисляются параметры перекачиваемой н. при расчетной температуре: λ_р и р_р.

Вычисляется расчетная часовая пропускная способность н\да

где N_р - расчетное число суток работы н\да (табл.).

В соответствии с расчетной часовой пропускной способностью н\да Q_ч выбираются осн.-ые насосы насосных станций так, чтобы выполнялось условие

где Q_нОМ - подача выбранного типа насосов при максимальном К.П.Д.

Рассчитывается рабочее давление на выходе головной насосной станции

где g- ускорение свободного падения, g=9,81м/с²; m_мн-число последовательно включенных маг.-х насосов (обычно, m_мн⁼3); h_МН,Н₂- напоры соответственно маг.-го и подпорного насоса при расчетной производ.-ти Q_ч,. Найденная величина Р должна быть меньше доп.-го давления Р_д, определяемого из условия прочности запорной арматуры. Если условие

не выполняется, то необх. либо уменьшить число маг.-х насосов, либо воспользоваться сменными роторами меньшего диаметра.

По формуле опред.-ся расчетная толщина стенки т\да, Производится уточнение толщины стенки т\да δ_н с учетом температурных и изгибающих напряжений по формуле.

Вычисляется внутренний диаметр н\да

где D_н- его наружный диаметр.

Находятся секундный расход Q и средняя скорость н. в т\де

где d - внутренний диаметр трубы.

Потери напора на трение в трубе круглого сечения определяют по формуле Дарси — Вейсбаха

где λ — коэф. гидравлич. сопротивления; L — длина т\да.

Режим движения потока в т\де характеризуется числом Рейнольдса

При ламинарном режиме течения, т.е. при Rе<2320, коэф. гидравлического сопротивления определяют по формуле Стокса

При турбулентном режиме течения различают три зоны трения: гидравлич. гладких труб (λ зависит только от Rе) смешанного трения (λ зависит от Rе и относ.-ой шероховатости труб ε), квадратичного трения (λ зависит только от ε). Границами этих зон явл.-ся переходные числа Рейнольдса

где ε= К_э/d – относит. шероховатость труб, выраженная ч\з эквивалентную шероховатость К_э (табл.) и диаметр. Условия существования различных зон трения таковы: - гидравлич. гладкие трубы

-зона смешанного трения (переходная зона)

-зона квадратичного трения

Для зоны смешанного трения λ рекомендуется вычислять поформуле Альтшуля

В зоне квадратичного трения значение λ рекомендуется опред.-ть по формуле Шифринсона

Гидравлический уклон есть потеря напора на трение на единице длины т\да

На линейной части т\да имеются местные сопротивления - задвижки, повороты, сужения и т.п. Потери напора на них определяют по формуле

где ξ_г – коэф. местного сопротивления, зависящий как от вида сопротивления, так и от характера течения жидкости.

Для маг. т\дов потери напора на местные сопротивления незначительны, их принимают равными 2% от потерь на трение.

Кроме того, в конце т\да должен поддерживаться остаточный напор Н_кп, необх.-ый для закачки н. в резервуары.

В соотв.-ии с «Нормами проект.-ния» маг.-ые н\ды протяженностью более 600 км делятся на экспл.-ые участки, длиной от 400 до 600 км. Соответственно их число составляет

На станциях, расположенных на границе экспл.-ых участков, вместимость резервуарного парка должна составлять 0,3...0,5 суточн. пропускной способ.-сти т\да. Следовательно напор Н_кп будет использован N_э, раз.

Т. о., полные потери напора в т\де

где Δz - разность геодезических отметок конца z _г и начала z₁ т\да.

Станции, расположенные на границах эксплуатационных участков, являются как бы головными для своих участков. Поэтому на них устанавливаются подпорные насосы, развивающие суммарный напор n_э-Н₂. Следовательно, суммарный напор, развиваемый насосными станциями н\да, склад.-тся из напора, развиваемого всеми подпорными насосами «головных» насосных станций N_э • Н₂ и суммарного напора n станций, т.е.

где Н_ст -расчетный напор одной станции

Уравнение баланса напоров имеет вид

Из формулы следует, что расчетное число насосных станций равно