Технологический расчёт нефтепровода Тенгиз-Атырау-Астрахань-Грозный

_{Из  баланса этих напоров  находится длина  лупинга (параллельного  участка трубопровода)}

 

 

 

_или

 

 

 

_{Длина лупинга не должна превышать 1/5 (20%) длины  всей магистрали}

 

 

 

_{то  есть допустимо. Поэтому число насосных станций округляем в меньшую сторону n = 4.}

Потери  напора на участке трубопровода с  лупингом определяются выражением h_луп = 1,02L_лупi_луп а суммарные потери напора в сложном трубопроводе будут складываться из потерь на участках без лупинга и с лупингом:

 

H_луп = 1,02i (L - L_луп) + 1,02 L_лупi_луп + ΔZ + N_эh_ост=2198,005 м.         (2.6)

 

Как видим, применение лупинга позволяет уменьшить  потребный напор до располагаемого.

Далее строим характеристики магистрального и подпорного насосов – зависимостей развиваемых  напоров от подачи насоса. Для этого  в выражения для напоров (1.6) и (1.7) подставляют часовые объемные расходы (подачи) в диапазоне от 0,5Q₀ до Q₀ + 500 м³/ч (в любом случае в этот диапазон должен попадать диапазон рабочей зоны насоса Q₁ – Q₂) c произвольным шагом.

Ранее были приведены выражения для расчета  напоров насосов (1.6) и (1.7) для одного значения Q = 4484 м³/ч

 

 м,

 

.

 

Для автоматического  расчета напоров при различных Q необходимо ввести функцию Н(Q). Выбираем последовательность чисел, выражающих расход, при котором требуется рассчитать напор.

 

Результаты  автоматического расчета напоров  насосов, м.

 

 

 

_{Рисунок 1 – Функциональные зависимости напоров  от часовой подачи}

 

_{Расчет  характеристик трубопровода постоянного диаметра без лупинга и  с лупингом.}

_{Предварительно  определяем, в какой  зоне трения происходит течение при минимальном  и максимальном расходе. Для этого определяем числа Re по формуле (2.1)}

 

Q_min = 2200 м³/ч,  м³/c,

 

Q_max = 5000 м³/ч,  м³/c,

 

Поскольку минимальные значения Рейнольдса больше первого критического, а максимальные меньше второго критического числа

 

Re₁= 90000 <Re = 241385,238<Re₂ = 4500000,

 

то, следовательно, в  данном диапазоне объёмных расходов течение не выходит из зоны смешанного трения, где m = 0,123, β = 0,0067.

Рассчитываем гидравлический уклон i магистрального трубопровода по формуле Лейбензона (2.3) для простого трубопровода и (2.4) – с лупингом. Затем находим потери гидравлического напора в функции от расхода (то есть определяем точки характеристики магистрального трубопровода без лупинга по формуле (2.5) и магистрального трубопровода с лупингом по формуле (2.6)).

Суммарная характеристика нефтеперекачивающих  станций с суммарным числом всех магистральных насосов n_н (число магистральных насосов выбирается, исходя из числа работающих на станции насосов и числа всех станций.

Число станций n = 4, тогда общее число насосов будет n_н = 1·3 = 3; 2·3 = 6; 3·3 = 9; 4·3 = 12.   

 

n_н= 5,,

 

n_н= 7, 

 

n_н= 9,

 

n_н= 11,

 

n_н= 12, .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 – Совмещённые характеристики нефтепровода и нефтеперекачивающих станций

 

Как правило  из графиков, напорные характеристики трубопроводов с лупингом и без  лупинга мало отличаются, об этом и  говорит и относительно малая  длина лупинга.

Как следует  из приведённых кривых, потребный  напор (точка пересечения характеристик  нефтепровода и перекачивающих станций) обеспечивается только при работе 9-ти насосов.

Проверяем дополнительно при 11-ти и 13-ти насосах:

 

n_н= 11,

 

n_н= 12, ;

 

n_н= 13,.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 – Характеристики трубопровода и  насосов

Для графического определения рабочих точек –  координат точек пересечения  характеристики трубопровода с лупингом Н_луп(Q) и характеристики Н₉ (Q) нефтеперекачивающих станций с числом насосов 9 необходимо:

1) перед рисунком поставить интервал изменения Q через 1 м³/ч, т.е, записать диапазон чисел в виде:

 

,

 

(если поставить  интервал через 300 м³/ч, как это сделано на рисунке 2, то указатель мыши будет показывать значения Н только в узловых точках с этим шагом, кроме того, если перед рисунком 3 поместить такой интервал, то все символы на линиях сольются в сплошные жирные линии);

2)затем поместить указатель мыши на рисунок и нажать правую клавишу мыши, в появившемся контекстном меню выделить Trace. В появившейся таблице X–Y Trace убрать галочку Trackdatapoints; поместить стрелку мыши в точку пересечения этих характеристик (кривых) и нажать левую клавишу мыши; слева для осей X и Y координат читаем для точки пересечения характеристики трубопровода  и характеристики нефтеперекачивающих станций с 3–тью насосами

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4 – Графики, построенные при шаге 1 м³/ч

 

Точное  определение координат точек  пересечения характеристик производится путём совместного решения напорных характеристик трубопровода Н(Q) и насосных станций Н₁₁(Q), Н₁₂(Q), Н₁₃(Q) c помощью встроенной функции Given-Find:

 

Given;

 

Given;

 

Given.

 

Погрешность графического определения координат  точки пересечения характеристик:

 

.

 

По результатам  расчёта можно сделать следующие  выводы:

1) уточненное значение расхода Q_л = 4484 м³/ч соответствует плановому расходу Q₀ = 4484 м³/ч, что указывает на правильность вычислений.

2) при 8-ти насосах расход Q₈ = 4334 получается больше минимального Q₁ = 4000, то есть лежит в рабочем диапазоне насоса.

3) при 13-ти насосах расход Q₁₂ = 5020  получается больше максимального рабочего диапазона Q₂ = 5000.

Снова задаём большой шаг для вывода табличных  значений, далее в табличном виде выводятся значения всех видов напоров

 

 

 Значения  всех видов напоров 

 

2.2 Циклическая перекачка

 

При использовании  9-ти насосов пропускная способность трубопровода становится больше плановой. Для снижения пропускной до плановых значений перекачку ведём циклически, с подачей Q₁ = Q₈ в течение времени τ₁ и Q₂ = Q₁₀

в течение времени  τ₂.

Так как  условие Q_{1 =} 4294<Q₀ = 4484<Q₂ = 4790 выполняется, то для расчёта времени нефтепровода на режимах, соответствующих расходам Q₁ и Q₂, используем систему уравнений

 

, 

 

   .

 

Откуда  находим

 

 

 

ч.

 

Проверка  расчётов: общее время работы станций  на всех режимах должно быть равно годовой продолжительности перекачки .

 

Рисунок 5 – Совмещённая характеристика нефтепровода при циклической перекачке

 

 

2.3 Расстановка перекачивающих станций на трассе нефтепровода

 

Проведем  расчёт положения четырёх станций для 12 магистральных насосов трубопровода с лупингом

 

Q = Q_л = 4519 м³/ч,

 

Q₀ = 4484 м³/ч,

 

Q = Q_0.

 

Гидравлический  уклон при этом расходе составляет

 

.

 

 

По карте  трубопровода определяются высоты (15–20 точек на весь участок). Расстояния от начала первой станции берутся  в километрах, а высоты вдоль трассы в метрах и записывают в виде матрицы М. Необходимо учесть, что по заданию разность геодезических высот конечной и начальной точек трубопровода ∆Z =46 м. Поэтому, если геодезическая высота начальной точки нефтепроводаz_н = 292 м, то высота конечной точки z_к =z_н + ∆Z= 338 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С помощью  программы сплайновой интерполяции Mathcad табличные значения координат и высот преобразуем в кривую зависимости высот от координаты х: z(х).

 

 

 

Таблица 1 – Координаты высот

 

Х	Y
0	292
30	45
60	195
90	109
120	54
180	128
200	51
230	-37
270	43
310	155
340	178
380	134
420	-39
450	37
500	95
550	121
600	181
678	338

 

 

Геодезические отметки в начале и в конце  трассы (проверка):

 

z_н = М_1,2 = 292 м,z_к = М_18,2 = 338 м.

 

С помощью  программы сплайновой интерполяции Mathcad табличные значения координат и высот преобразуем в кривую зависимости высот от координаты х: z(х):

 

S = lspline(Х,Y),

 

z(x) = interp(S,X,Y,x).

 

Проверяем начальные и конечные высоты:z(0) = 292, z(678) = 338.

 

 

2.4 Напоры, развиваемые магистральными и подпорными насосами

 

Расстановка перекачивающих станций выполняется  графически на сжатом профиле трассы. Метод размещения станций по трассе впервые предложил В.Г. Шухов и  носит его имя. В данной курсовой работе расстановка станций осуществляется аналитически с использованием системы  Mathcad.

В работе находятся 4 перекачивающие станции, оборудованных  однотипными магистральными насосами, создающих одинаковые напоры

 

м.

 

На головной НПС установлены подпорные насосы, создающие одинаковые напоры

 

 

 

В конце  участка (в конечном пункте) обеспечивается остаточный напор h_ост = 35 м.

Напор первой станции с числом магистральных  насосов

 

м.

 

Место положения  на трассе второй перекачивающей станции  определяется в точке пересечения  линии падения напора, создаваемого первой станцией с профилем трассы

 

.

 

Добавляя  к напору станций подпор, передаваемый с головной НПС, получим действительную линию распределения напоров  по длине нефтепровода (с учетом подпора)

 

.

 

или

 

 

 

Место положения  на трассе четвертой перекачивающей станции определяется в точке  пересечения линии падения напора, создаваемого первой, второй и третьей  станциями, с профилем трассы.

 

m_н2= 3,– напор второй станции,

 

 – суммарный напор  от 1-й и 2-й станций,

 

 – напор от 1-й  и 2-й станций с учётом подпора;

m_н3= 3,– напор третьей станции,

 

 – суммарный напор  от 1-й, 2-й и 3-й станций,

 

 – напор от трёх  станций с учётом подпора;

 

m_н4= 3,– напор четвёртой станции,

 

 – суммарный напор  от 1-й, 2-й, 3-й и 4-й станций,

 

 – напор четырёх  станций с учётом подпора.

 

После 4-й  станции устанавливается лупинг длиной 28 км. Координата начала лупинга (от 1-й станции)

 

.

 

До этой точки потери напора определялись по гидравлическому уклону i

 

 

 

или

 

;

 

.

 
Обозначим для краткости 

 

,

 

.

 

Начиная с точки х_луп, потери параллельных участков уменьшаются от начальных напоров по уравнениям

 

,

 

 

 

Таким образом, линия изменения напора от четырёх  станций будет состоять из линии Н₄(х) до лупинга и линии Н_луп(х) после начала лупинга, что в Mathcad выразится так

 

.

Точки пересечения  прямых линий и кривой определяют положение 2-й, 3-й и 4-й станций.

Расчёт  координат станций на сжатом профиле  трассы х_ст1 = 0, z_ст1 = z_н = 292. Координаты остальных станций ищем как точки пересечения сжатого профиля трассы z(x) с линиями падения напора по длине трассы.

Предварительно  в соответствии с точками пересечения  характеристики с поверхностью земли  задаём значения координаты х

 

 

Рисунок 6 – Расстановка перекачивающих станций по трассе нефтепровода

 

Точки пересечения  прямых линий и кривой определяют положение 2-й, 3-й и 4-й станций.

Расчёт  координат станций на сжатом профиле  трассы х_ст1 = 0, z_ст1 = z_н = 292. Координаты остальных станций ищем как точки пересечения сжатого профиля трассы z(x) с линиями падения напора по длине трассы.