Расчет режимов совместной работы НПС и трубопровода

В основе расчета режимов совместной работы НПС и магистрального трубопровода лежат уравнение баланса напоров

N_э · h_п + m_мн·(a - b·Q^2-m) = 1,02·f·Q^2-m·L + Δz + N_э·h_ост

и ограничения по напору и подпору для каждой НПС

H_c ≤ [H_c]; ΔH_c ≥ [ΔH_c]

где N_э- число эксплуатационных участков; m_мн - количество работающих основных насосов; а, Ь - коэффициенты напорной характеристики одного основного насоса; f - гидравлический уклон при единичном расходе (по Лейбензону), f = β·v^m/D^5-m; H_c, ΔH_c - напоры соответственно на выходе и на входе НПС № с; [H_c], [ΔH_c] - их допустимые значения; β, m - коэффициенты Лейбензона.

Уравнение записано в предположении, что на всех НПС работает одинаковое количество насосов одного и того же типоразмера.

Значения коэффициентов m и β для различных режимов и зон трения

Режим течения, зона трения

Границы

β, с²/м

Ламинарный Переходная зона Турбулентный:

- зона гидравлически гладких труб

- зона смешанного трения

- зона квадратичного трения

Re ≤ 2040

2040 < Re ≤ 2800

2800 < Re ≤ 17,5/

17,5/ε < Re ≤ 531/ε

Re > 531/ε

-1,02

0,25

0,1

4,15

1,41·10^-6

0,0246

0,0166e^o,ls

9,09-10“³- е⁰'²⁵

В таблице выше величина ε - это относительная шероховатость трубы, равная ε = k_э/D, где k_э - эквивалентная абсолютная шероховатость стенки трубы.

При заданном общем количестве работающих основных насосов (предполагается, что на НПС они включены последовательно) производительность трубопровода найдется из уравнения ниже.

Данная производительность установится в трубопроводе, если будут выполнены неравенства, т.е. если на какой-то НПС не сработают защиты по превышению давления на выходе станции или по падению давления на входе в станцию. Чтобы защиты не сработали, необходимо правильно распределить работающие насосы между всеми НПС.

Эту процедуру рассмотрим на примере. Пусть имеется магистральный нефтепровод протяженностью 436 км и диаметром 0,704 м, по которому перекачивается нефть плотностью ρ = 860 кг/м³ и вязкостью v = 15 мм²/с.

Нефтепровод оборудован тремя нефтеперекачивающими станциями, оборудованными однотипными насосами НМ 2500-230 с диаметром рабочего колеса D₂ = 405 мм. Подпор на головной перекачивающей станции обеспечивается насосами НПВ 2500-80 с диаметром рабочего колеса D₂ = 540 мм. Минимально допустимый подпор НПС составляет ΔH_min = 35 м, а максимально допустимый напор НПС равен H_ПС_max = 780 м.

В таблице ниже приведены результаты расчета подпоров и напоров перекачивающих станций при различном количестве работающих насосов и комбинациях их включения.

Напоры и подпоры НПС при различном числе работающих насосов

17	3	1-1-1	1318	95,8	340,5	81,4	326,1	54,9	299,7
18		2-0-1		95,8	585,3	326,2	326,2	54,9	299,7
19		2-1-0		95,8	585,3	326,2	570,9	299,7	299,7
20		3-0-0		95,8	830,1	570,9	570,9	299,7	299,7
21	2	1-1-0	1026	97,5	347,8	164,2	414,5	215,6	215,6
22	2	1-0-1	1026	97,5	347,8	164,2	164,2	-34,7	215,6
23	1	1-0-0	627	98,4	353,7	249,6	249,6	127,0	127,0

Из таблицы ниже видно, что:

при одном и том же суммарном числе работающих на станциях насосов количеств комбинаций их включения может быть несколько;
часть этих комбинаций (режимы 3, 5, 6, 11-13, 16, 20-22) «не проходит», так как не выполняются неравенства;
при «проходных режимах» либо на всех НПС работает одинаковое число насосов, либо большее число насосов включено на станциях, расположенных в начале нефтепровода;
пропорционально общему числу насосов изменяется и производительность нефтепровода.

Найденные для всех возможных режимов работы нефтепровода величины Е_уд наносят на график в зависимости от Q, после чего через минимальные значения Е_уд при каждом расходе проводится огибающая линия. Узловыми точками этой линии является множество рациональных режимов эксплуатации (рисунок ниже).

К определению рациональных режимов перекачки

Изменение количества работающих насосов позволяет установить в трубопроводе некоторое множество производительностей перекачки без непроизводительных затрат электроэнергии. Однако чаще всего ее необходимая величина не совпадает с ними. Поэтому в течение планового периода времени t_пл для выполнения планового объема перекачки V_пл трубопровод работает то одним, то другим количеством насосов. Задача сводится к определению продолжительности работы трубопровода на ближайших к Q_пл дискретных режимах Q_A и Q_B.
В течение планового времени средний расход нефти в трубопроводе должен составлять Q_пл= V_пл/t_пл. Выполнение заданного плана возможно при циклической перекачке на двух режимах, удовлетворяющих условию Q_A < Q_пл < Q_B.

Порядок пользования графиком, приведенным на рисунке 3.7, следующий:

в соответствии с плановым заданием на перекачку V_пл за время t_пл вычисляют среднюю производительность нефтепровода в рассматриваемый период Q_пл= V_пл/t_пл;
определяют ближайшие значения расходов, соответствующие узловым точкам огибающей линии и удовлетворяющие неравенству;
рассчитывают продолжительность работы нефтепровода в плановый период с данными производительностями по формулам.

← Необходимость и методы регулирования работы НПС на магистральный трубопровод

Пуск и остановка насосных агрегатов, а также трубопровода в целом →