что такое расчетная длина нефтепровода

Перевальная точка и расчетная длина нефтепровода

Перевальной точкой называется такая возвышенность на трассе нефтепровода, от которой нефть приходит к конечному пункту нефтепровода самотеком. Таких вершин в общем случае может быть несколько. Расстояние от начала нефтепровода до ближайшей из них называется расчетной длиной нефтепровода. Рассмотрим это на примере нефтепровода протяженностью L, диаметром D и производительностью Q (рис. 1.9).

Прежде чем приступить к расстановке перекачивающих станций по трассе нефтепровода, необходимо исследовать трассу на наличие перевальной точки. Для этого на сжатом профиле трассы в соответствии с выбранными масштабами длин и высот строится прямоугольный треугольник, изображающий потери напора на некотором участке трубопровода. Построения выполняются в следующем порядке:

§ В горизонтальном масштабе откладывается отрезок ab, соответствующий участку нефтепровода длиной l;

§ Определяется значение потерь напора на трение (с учетом надбавки на местные сопротивления) для участка длиной l

.

Соединив точки b и c, получим треугольник abc, называемый также гидравлическим треугольником. Его гипотенуза bc определяет положение линии гидравлического уклона в выбранных масштабах.

Из конечной точки трассы с учетом требуемого остаточного напора h_ОТ параллельно гипотенузе bc проведем линию гидравлического уклона 1. Ее пересечение с линией профиля указывает на наличие перевальной точки. Для ее определения проведем параллельно линию гидравлического уклона 2, с расчетом, чтобы она касалась профиля и нигде его не пересекала. Место касания линии 2 с линией профиля обозначает положение перевальной точки, определяющей расчетную длину нефтепровода.

Расстановка НПС по трассе нефтепровода

Расстановка перекачивающих станций выполняется графически на сжатом профиле трассы. Метод размещения станций по трассе впервые был предложен В. Г. Шуховым и носит его имя.

Рассмотрим реализацию этого метода для случая округления числа перекачивающих станций в большую сторону на примере одного эксплуатационного участка. В работе находятся три перека­чивающие станции, оборудованные однотипными магист­ральными насосами и создающие одинаковые напоры H_СТ1= H_СТ1= H_СТ1. На ГПС установлены подпорные насосы, создающие подпор h_П. В конце трубопровода (эксплуатационного участка) обеспечивается остаточный напор h_ОСТ (рис. 1.16).

По известной производительности нефтепровода определя­ется значение гидравлического уклона i. Строится треугольник гидравлического уклона abc (с учетом надбавки на местные сопротивления) в принятых масштабах сжатого профиля трассы.

Из начальной точки трассы вертикально вверх в масштабе высот строится отрезок AC, равный суммарному активному напору перекачивающих станций AC=h_П+n·H_СТ.

Вычитая из суммарного активного напора отрезок СС₁, равный величине h_ОСТ, строим через точки С₁B₁ прямую линию, параллельную гипотенузе гидравлического треугольника abc. Точка C₁ должна совпадать с конечной отметкой z_К нефтепровода.

Место положения на трассе второй перекачивающей станции определяется с помощью отрезка, проведенного из вершины напора H_СТ1 параллельно линии гидравлического уклона до пересечения с профилем. Расположению второй перекачивающей станции будет соответствовать точка M на профиле трассы.

Аналогичными построениями определяется место размещения следующей станции (точка N). Добавляя к напору станций подпор, передаваемый с головной ПС, получим линию распределения напоров по длине нефтепровода.

Источник

Определение перевальной точки и расчетной длины нефтепровода

Перевальной точкой называется такая возвышенность на трассе нефтепровода, от которой нефть приходит к конечному пункту нефтепровода самотеком. Таких вершин в общем случае может быть несколько. Расстояние от начала нефтепровода до ближайшей из них называется расчетной длиной нефтепровода. Рассмотрим это на примере нефтепровода протяженностью L, диаметром D и производительностью Q (рис. 1.9).

Прежде чем приступить к расстановке перекачивающих станций по трассе нефтепровода, необходимо исследовать трассу на наличие перевальной точки. Для этого на сжатом профиле трассы в соответствии с выбранными масштабами длин и высот строится прямоугольный треугольник, изображающий потери напора на некотором участке трубопровода. Построения выполняются в следующем порядке:

§ В горизонтальном масштабе откладывается отрезок ab, соответствующий участку нефтепровода длиной l;

§ Определяется значение потерь напора на трение (с учетом надбавки на местные сопротивления) для участка длиной l

.

Соединив точки b и c, получим треугольник abc, называемый также гидравлическим треугольником. Его гипотенуза bc определяет положение линии гидравлического уклона в выбранных масштабах.

Рис. 1.9. Графическое определение перевальной точки

и расчетной длины нефтепровода

Из конечной точки трассы с учетом требуемого остаточного напора h_ОТ параллельно гипотенузе bc проведем линию гидравлического уклона 1. Ее пересечение с линией профиля указывает на наличие перевальной точки. Для ее определения проведем параллельно линию гидравлического уклона 2, с расчетом, чтобы она касалась профиля и нигде его не пересекала. Место касания линии 2 с линией профиля обозначает положение перевальной точки, определяющей расчетную длину нефтепровода.

Это говорит о том, что достаточно закачать нефть на перевальную точку, чтобы она с тем же расходом достигла конечного пункта трубопровода. Самотек нефти обеспечен, так как располагаемый напор (z_ПТ – z_K – h_ОТ) больше напора, необходимого на преодоление сопро­тивления на участке от перевальной точки до конечного пункта

где l_ПТ – расстояние от начального пункта нефтепровода до перевальной точки.

В этом случае за расчетную длину трубопровода принимают расстояние L_P=l_ПТ, а разность геодезических отметок принимается равной Dz= z_ПТ – z_H. Если пересечение линии гидравлического уклона с профилем отсутствует, то расчетная длина трубопровода равна его полной длине L_P=L, а Dz= z_K – z_H.

Следует отметить, что перевальная точка не всегда является самой высокой точкой на трассе (рис. 1.9.).

Рассмотрим течение жидкости за перевальной точкой (рис. 1.10).

Рис. 1.10. Течение жидкости за перевальной точкой

На интервале между перевальной точкой и конечным пунктом выделим два участка: АС длиной l₁ и AK длиной l₂. Самотечное движение нефти на участке AK обеспечивается напором AE= i∙l₂.

На первом участке располагаемый напор CM превышает требуемый напор BM=i∙l₁ на величину BC. Следовательно, на участке АС гидравлический уклон должен быть больше i. Это возможно лишь в случае увеличения скорости течения нефти на участке АС. Как следует из уравнения неразрывности

с возрастанием скорости w площадь живого сечения потока F должна уменьшаться. Это говорит о движении жидкости на участке АС неполным сечением трубопровода. Давление жидкости на этом участке ниже, чем в любой точке трубопровода и равно давлению насыщенных паров нефти (то есть абсолютное давление в трубопроводе меньше атмосферного). Пространство над свободной поверхностью жидкости будет заполнено выделившимися из нее парами и растворенными газами. При значительной длине самотечного участка вследствие высокой скорости потока происходит отрыв и унос парогазовых пузырьков в нижней части газовой полости. По мере удаления от самотечного участка давление жидкости возрастает, что приводит к кавитационным процессам из-за резкого схлопывания пузырьков. В свою очередь это может привести к значительной вибрации трубопровода и сопровождается повышенным уровнем шума.

Длительная работа нефтепровода на пониженных режимах перекачки является причиной продолжительного существования газовой полости за перевальной точкой. Повышенное содержание в нефти сернистых соединений может вызвать ускоренное протекание коррозионных процессов на внутренней поверхности стенки трубы над свободной поверхностью жидкости.

Если на конечном пункте нефтепровода поддерживать повышенный напор h_оф (рис.1.9), то появления перевальных точек на трассе можно избежать (линия гидравлического уклона 2 будет продолжена пунктирной линией). Разница полезного h_оф и требуемого h_от напоров может быть использована, например, для привода портативной электростанции. Проект такой электростанции разработан на нефте­проводе Тихорецк–Новороссийск в районе нефтебазы «Грушовая».

1.5.6. Характеристика нефтепровода

Характеристикой нефтепровода называется зависимость потерь напора от расхода. Для трубопровода постоянного диаметра можно записать

, (1.28)

где N_э – число эксплуатационных участков.

Для определения гидравлического уклона воспользуемся следующей компактной формулой [18]

, (1.29)

где – гидравлический уклон при единичном расходе.

Тогда выражение (1.28) можно переписать в виде

. (1.30)

В общем случае, когда линейная часть нефтепровода оборудована лупингами и вставками, зависимость (1.28) примет вид

, (1.31)

. (1.32)

С учетом (1.28) зависимость (1.32) принимает вид

. (1.33)

Выражения (1.30) и (1.33) являются уравнениями характеристики нефтепровода в аналитической форме. Графически характеристика нефтепровода представлена

на рис. 11.

Рис. 1.11. Характеристика нефтепровода

Величины n, D и L_P определяют крутизну характеристики трубопровода. Чем меньше диаметр D и чем больше вязкость нефти n и расчетная длина нефтепровода L_Р, тем круче его характеристика.

При практических расчетах нет необходимости в построении характеристики H=f(Q) от начальной точки, то есть при Q=0. Вполне достаточно построить характеристику по нескольким точкам, соответствующим узкому интервалу расходов, ожидаемых при эксплуатации рассчитываемого нефтепровода.

1.5.7. Уравнение баланса напоров

Для магистрального нефтепровода постоянного диаметра с n перекачивающими станциями, уравнение баланса напоров имеет вид

. (1.34)

В начале каждого эксплуатационного участка ПС оснащены подпорными насосами. В конце трубопровода и каждого эксплуатационного участка требуется обеспечить остаточный напор h_ОСТ для преодоления сопротивления технологических трубопроводов и закачки в резервуары.

Правая часть уравнения (1.34) представляет собой полные потери напора в трубопроводе, то есть Н. В случае наличия вставок или лупингов по трассе правая часть уравнения (1.34) определяется по формуле (1.32).

Левая часть уравнения (1.34) – суммарный напор, развиваемый всеми работающими насосами перекачивающих станций (активный напор). С помощью коэффициентов характеристик насосов активный суммарный напор может быть представлен зависимостью

, (1.35)

где m_М – количество работающих магистральных насосов на одной ПС;

m_П – количество работающих подпорных насосов на ГПС (или на ПС в начале эксплуатационного участка), включенных параллельно;

а_П, b_П, h_П – коэффициенты характеристики и напор, развиваемый подпорным насосом при подаче Q;

а_М, b_М, h_М – то же для магистрального насоса.

и

,

, (1.36)

Выразив левую часть уравнения (1.34) через (1.35), а правую часть – через (1.30), получим уравнение баланса напоров в аналитической форме

. (1.37)

Раскрывая скобки и решая уравнение (1.37) относительно расхода, имеем

. (1.38)

Если в общем случае на линейной части имеются лупинги и вставки, уравнение (1.38) примет вид

. (1.39)

Определив расход Q, можно вычислить напор, развиваемый перекачивающими станциями, а также суммарные потери напора в трубопроводе. Обе эти величины одинаковы (условие баланса напоров).

Тот же результат можно получить графически, построив совмещенную характеристику трубопровода и насосных станций. Точка пересечения характеристик называется рабочей точкой (А), которая характеризует потери напора в нефтепроводе и его пропускную способность при заданных условиях перекачки (рис. 1.12). Равенство создаваемого и затраченного напоров, а также равенство подачи насосов и расхода нефти в трубопроводе приводят к важному выводу: трубопровод и перекачивающие станции составляют единую гидравлическую систему.

Изменение режима работы ПС (отключение части насосов или станций) приведет к изменению режима нефтепровода в целом. Изменение гидравлического сопротивления трубопровода или отдельного его перегона (изменение вязкости, включение резервных ниток, замена труб на отдельных участках трассы и т. п.) в свою очередь окажет влияние на режим работы всех перекачивающих станций.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Самотечные участки и перевальные точки

Если на каком-то сегменте трубопровода давление жидкости уменьшается до упругости ее насыщенных паров, то жидкость существует на этом сегменте в обоих состояниях: в жидком и в газообразном. В нижней части трубы течет жидкость, а над ней находится неподвижный насыщенный пар. Говорят, что течение на таком участке происходит неполным сечением, а участок называют самотечным. За рубежом самотечные течения называют гравитационными (gravity flow), потому что жидкость течет в трубопроводе не под действием давления, а под действием силы тяжести.

Стационарные самотечные участки в трубопроводе могут существовать только на нисходящих сегментах трубопроводов. Начало первого самотечного участка в нефтепроводе называется перевальной точкой. Она названа так потому, что если насосные станции доставят жидкость в эту точку, то конца участка она достигнет сама под действием силы тяжести. Расход жидкости на самотечном участке в стационарном режиме равен расходу жидкости в заполненных сечениях трубопровода, отсюда следует, что на самотечном участке жидкость движется быстрее, чем на полностью заполненном.

Хорошо или плохо присутствие в трубопроводе самотечного участка? Обычно плохо, так как без столь резкого перепада высот жидкость нигде не переходила бы в парогазовую фазу, требуемый для перекачки напор? и, соответственно, энергозатраты были бы меньше. Часто для снижения перепада устраивают тоннели.

Для погрузки нефти и нефтепродуктов на танкеры в Новороссийске (АО «Черномортранснефть») из резервуарного парка нефтебазы «Грушовая» (расположенной на высоте 300 м перед Кавказским перевалом, имеющим высоту 502 м) избран именно такой вариант решения проблемы: нефтеналивные трубопроводы частично проходят внутри туннеля, проделанного в скальных породах Кавказских гор, и далее — по земле до нефтебазы «Шесхарис». Еще можно привести в качестве примера терминал КТК, где используется тот же принцип.

Следует отметить, что наличие самотечных участков имеет и плюсы: парогазовое скопление внутри трубопровода является надежной преградой для волн повышенного давления, которые могут образовываться в трубопроводе в нештатных ситуациях и приводить к авариям.

Источник

Проектирование и эксплуатация магистральных нефтепроводов (стр. 8 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1. Графо-аналитический метод, при этом строится кривая потребного напора и параллельно оси 0 Q – прямая, отстоящая от начала координат на величину пьезометрического напора в начальном сечении (см. рис. 4.2). Пропускная способность определится абсциссой точки пересечения. Если нефть течёт под уклон и D z > p К / ( r × g ), а рельеф местности достаточно пологий, то точка пересечения кривой потребного напора с осью абсцисс определяет расход при движении жидкости самотеком (см. рис. 5.2 б).

Для реализации метода необходимо в (5.5) подставить (5.2), а полученное значение подставить в уравнения (5.3), тогда, выразив расход, получим:

. (5.12)

, (5.13)

то расчёт заканчивают, если не выполняются то определяют λ(2) и подставив в правую часть определяют Q (3) после чего снова проверяют условие (5.13) и т. д.

3. Аналитическое решение для заданного гидравлического режима можно получить, подставив в уравнение (5.5) формулу (5.9) и выразив расход

. (5.14)

5.2.4 Гидравлический расчёт простого трубопровода с самотечными участками

Самотечное расслоенное течение является разновидностью безнапорного течения, при котором жидкость движется неполным сечением под действием силы тяжести, причём остальная часть сечения трубы занята парами этой жидкости. Участки, на которых возникают указанные течения, называются самотечными. При этом давление в парогазовой полости самотечного участка остаётся практически постоянным и равным ДНП нефти. Стационарные самотечные участки могут существовать только на нисходящих участках трубопровода. Начало каждого самотечного участка, которое всегда совпадает с одной из вершин профиля, называется перевальной точкой, причём таких точек может быть несколько. Однако отметим, что не всегда самая высокая точка трассы является перевальной (см. рис. 5.3).

Рис. 5.3. Перевальной точка и расчетная длина нефтепровода

Из рис. 5.3. видно, что причиной появления самотечных участков может быть снижение расхода в трубопроводе, обусловленное снижением давления в начальном сечении с p ”н до p н (переход на пониженный режим перекачки). Однако при возврате к прежнему давлению не удаётся достичь прежнего значения расхода, так как образовавшиеся парогазовые скопления создают дополнительное сопротивление, а процесс их растворения продолжается длительное время. Таким образом, возврат к прежнему расходу будет осуществлён в течение достаточно продолжительного периода времени.

При появлении самотечного участка между промежуточными НПС, участки МН до и после перевальной точки перестают быть гидравлически связанными. Если по какой-либо причине производительность участка после перевальной точки возрастет, а на начальном участке будет сохраняться на прежнем уровне, давление на всасывании перекачивающей станции следующей за перевальной точкой начнет снижаться и может достигнуть нижнего допустимого предела.

Повышенное содержание в нефти сернистых соединений может вызвать ускоренное протекание коррозионных процессов на внутренней поверхности стенки трубы над свободной поверхностью жидкости.

При гидравлическом расчете трубопровода с самотечными участками уравнение (5.11) преобразуется к следующему виду

, (5.15)

где L р – расчётная длина МН, за которую принимается расстояние от начального пункта до ближайшей перевальной точки, м;

D z ’ =( z П – z Н ) – разность геодезических отметок перевальной точки и начального пункта, м;

py =( Ps – Pa ) – упругость паров нефти, которая может быть как положительной, так и отрицательной, Па. Однако как правило для нефтей (при py

Рассмотрим течение жидкости за перевальной точкой (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Течение жидкости за перевальной точкой

Так как согласно уравнению (5.1)

,

называется степенью заполнения сечения трубопровода, которую в зависимости от отношения гидравлического уклона полностью заполненного участка к гидравлическому уклону самотечного участка

можно определить по одной из следующих аппроксимационных зависимостей, приведённых в таблице 5.3 [9, 23].

Источник