Лекции по дисциплине “Сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ” Лекция 9. Теоретические основы эксплуатации магистральных нефтепроводов Разработчик: доцент кафедры транспорта и хранения нефти и газа Института природных ресурсов Шадрина Анастасия Викторовна Технологические схемы перекачки нефти постанционная Нефть принимается поочередно в один из резервуаров станции, а ее подача на следующую станцию осуществляется из другого резервуара с подключенным резервуаром Резервуары обеспечивают возможность перекачки на смежных перегонах с разными расходами. Но в данном случае основная масса нефти проходит, минуя резервуары, и поэтому потери от испарения меньше из насоса в насос Резервуары промежуточных станций задвижками отключаются от магистрали и используются только для приема нефти во время аварии или ремонта; станции должны вести перекачку с одинаковыми расходами Схемы перекачки нефти постанционная с подключенными резервуарами из насоса в насос I — предыдущая НПС; II — последующая НПС; 1 — резервуар; 2 — насосная станция Схема прохождения нефти по эксплуатационному участку современного нефтепровода ГНС — головная нефтеперекачивающая станция; ПНС — промежуточная нефтеперекачивающая станция Технологическая схема НПС НС НС – насосная станция; УМ – узел подключения НПС к магистрали; УР – узел регуляторов давления; ФГ – площадка фильтров-грязеуловителей; ССВД – система сглаживания волн давления; ЕБ – емкость безнапорная Узел подключения НПС к магистрали Площадка фильтров-грязеуловителей Очистное устройство люк Схема фильтра-грязеуловителя Система сглаживания волн давления (ССВД) 1 – прорези 2 – перегородка 3 – корпус 4 – эластичный резиновый шланг цилиндрической формы 5 – полость Схема безинерционного клапана При быстром возрастании давления в трубопроводе (более 0,01…0,015 МПа/с) клапан срабатывает. 1 – воздушная полость клапана 2 –вентиль 3, 5, 6, 7 – клапаны 4 –разделительный сосуд «жидкость-воздух» 8 –разделительный сосуд «нефть-жидкость» Режимы течения жидкости в трубопроводе Для определения режима служит число (критерий) Рейнольдса: Re 4Q 4G π d вн t π d вн t Gг, млн т нефти в год – это плановое задание на перекачку или грузопоток в нефтепроводе; Шероховатость труб Абсолютная шероховатость – абсолютная высота выступов на внутренней поверхности трубопровода. Относительная шероховатость – отношение абсолютной шероховатости к внутреннему радиусу трубопровода 2Kэ d вн Для характеристики шероховатости пользуются эквивалентной (усредненной) шероховатостью Kэ. Для нефтепроводных и газопроводных труб Kэ = 0,14–0,15 мм. Граничные значения Re : Re I 10 Re I ; Re II Re II 500 Эквивалентная шероховатость труб (данные А.Д. Альтшуля) Потери напора в трубопроводе полные потери напора в трубопроводе , = = потери напора на трение по длине нефтепровода: ,м Потери напора в трубопроводе Гидравлический уклон i: , Величины коэффициентов Лейбензона Комплексная характеристика насоса Обозначения: H – напор, м; N – мощность, кВт; η – к.п.д., %; hдоп – допустимый кавитационный запас, м; Hs – высота всасывания. Минимально допустимое давление на входе в насос: Аналитическая характеристика насоса 1 2 H м в h b Q2 Q1 = 240 м3/ч , H1 = 390 м; Q2= 400 м3/ч , H2 = 336,67 м Н1Q22 H 2Q12 3904002 336,672402 419,99; hмв Q 2 Q 2 2 2 400 240 Н1 Н2 2 1390336,67 4 bмв 2 2 2 2 5,210 Q2 Q1 400 240 H м в 419,99 5,2 104 Q2 Последовательная работа насосов Обозначения: 1, 2 – характеристики насосов 1и 2; 3 – характеристика трубопровода; Н, м M – рабочая точка системы – точка пересечения суммарной H-Q характеристики всех насосов с суммарной H-Q характеристикой трубопровода , показывает, что насосы развивают только такие напоры и подачи, которые равны гидравлическому сопротивлению и пропускной способности трубопровода. М Н0 Н2 Н1 М2 М1 Q0 рабочие точки отдельных насосов Для нахождения суммарной H-Q характеристики последовательно соединенных насосов необходимо складывать напоры отдельных насосов при одинаковых подачах Q, м3/ч Параллельная работа насосов Обозначения: 1, 2 – характеристики насосов 1и 2; 3 – характеристика трубопровода; При параллельном соединении агрегатов они имеют одинаковый напор, общая их подача равна сумме подач отдельных насосов. рабочие точки отдельных насосов 1 2 Для нахождения суммарной H-Q характеристики параллельно соединенных насосов необходимо складывать подачи отдельных насосов при одинаковых напорах Данные для построения совмещенной характеристики нефтепровода и НПС (пример) Пример совмещенной характеристики нефтепровода и насосных станций: проектная производительность Q = 1066 м3/ч, количество насосных станций – пять, количество насосов, работающих на станции три Методы регулирования режимов работы НПС Плавное регулирование: Ступенчатое регулирование: • перепуск; • дросселирование; • изменение числа оборотов ротора насосов. • изменение числа работающих насосов НПС; • изменение схемы соединения насосов на НПС; • изменение числа ступеней у многоступенчатых насосов; • замена роторов (рабочих колес) насосов; • изменение диаметра рабочего колеса насосов. Методы регулирования режимов работы НПС. Изменение режима работы НПС перепуском Обозначения: 1 – НПС; 2 – нефтепровод; М – рабочая точка системы без перепуска; Q0 – производительность нефтепровода без перепуска; 3 – перепускной трубопровод; 2+3 – суммарная H-Q характеристика трубопроводов 2 и 3, соединенные параллельно; Мп – рабочая точка системы при работе НПС с перепуском; При перекачке с перепуском производительность нефтепровода всегда только снижается. Методы регулирования режимов работы НПС. Изменение режима работы НПС дросселированием Суть метода - создание потоку искусственного сопротивления в виде сужения площади поперечного сечения в каком-либо его месте. Обозначения: 1 – НПС; 2 – нефтепровод; М – рабочая точка системы при полностью открытом дроссельном органе; Q0 – производительность нефтепровода без дросселирования; Hд – напор, развиваемый станцией при дросселировании; 2´ - общие потери напора (с учетом дроссельного органа); Мд – рабочая точка системы и НПС при прикрытом дроссельном органе. Методы регулирования режимов работы НПС. Изменение режима работы НПС сменой числа оборотов ротора Насос развивает напор и подачу, строго соответствующие сопротивлению и пропускной способности нефтепровода. Это самый экономичный метод регулирования. Методы регулирования режимов работы НПС. Изменение режима работы НПС обточкой рабочего колеса Обточка рабочего колеса на станке в пределах 10 % практически не приводит к снижению к.п.д. насосов резервуарный парк соединительные трубопроводы пункт подготовки нефти к транспорту разносортные нефти, объединенные в отдельные партии по несколько тысяч или десятков тысяч тонн каждая, закачивают в трубопровод последовательно, одну за другой, и транспортируют так до самого потребителя Принципиальная схема системы для последовательной перекачки нефтей Специальные методы перекачки высоковязких и застывающих нефтей Особенности перекачки высоковязких и высокозастывающих нефтей Условно высоковязкие нефти – нефти с вязкостью более 2 Ст (см2/с), высокозастывающие нефти – нефти с температурой застывания tз > 0 °С. Методы перекачки «горячая» перекачка электроподогрев транспорт газонасыщенных нефтей применение депрессаторов нефть может подогреваться на специальных тепловых станциях (ТС) на трассе нефтепровода ток движется по телу трубопровода (прямой электроподогрев трубы); применение нагревательных элементов из специальных кабелей или лент. неполная сепарация добываемой нефти или, даже, ее отсутствие ввод в поток нефти незначительных количеств (до 0,2 % по объему) химически активных веществ приводит к улучшению реологических свойств.
