Эксплуатация нефтепроводов.

1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАСЧЁТА НЕФТЕПРОВОДА …………...………….……………………………………….4
2 РАСЧЁТ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ НЕФТЕПРОВОДА …………5
3 ПРИБЛИЖЕННЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ………………………6
3.1 Расчёт диаметра нефтепровода …………….…………………………..8
3.2 Расчет плотности и вязкости нефти …………………………………....9
3.3 Расчёт гидравлического уклона …………………….………………….15
4 ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ………………………………..18
5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ………………………...28
6 УТОЧНЕННЫЙ РАСЧЁТ НЕФТЕПРОВОДА …………………………….30
6.1 Раскладка труб по толщине стенки ……………………………………30
6.2 Уточненный гидравлический напор ………………………………….41
6.3 Уточненный теплогидравлический расчет нефтепровода ………….43
6.4 Определение плотности и вязкости нефти для летних и зимних условий ..…………………………………………………………………….45
6.5 Уточненный гидравлический расчет для зимних и летних условий..47
6.6 Регулирование режима путем обточки колес на зимние условия …49
6.7 Регулирование режима путем обточки колес на летние условия …52
7 РЕЖЫМ РАБОТЫ ПРИ ОТКЛЮЧЕННОЙ НПС-2 ………………………55
7.1 Режим работы при отключенных НПС-3 и НПС-4 ………………….55
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ …………………………..59

3 ПРИБЛИЖЕННЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ

Чтобы значение пропускной способности нефтепровода было согласно системе СИ [м3/с], необходимо знать расчетную плотность нефти

, (3.1)

где - расчетная плотность нефти по месяцам, которая рассчитыва-ется по формуле
, (3.2)

где  - температурный поправочный коэффициент, определяется поформуле

, (3.3)

.

Предварительно принимаем глубину середины диаметра трубопровода равной 1,6 метров, таким образом, согласно исходным данным, привяжем минимальную температуру грунта с месяцем «январь», а максимальную температуру грунта с месяцем «июль», построив по двум значениям синусоидный график температур.
Результаты для каждого месяца приведены в таблице 3.1. Соответственно, подставив значения температур, получаем расчетные плотности нефти по месяцам.
...

3.1 Расчёт диаметра нефтепровода

Согласно п. 6.9. РД1, подбираем предварительно три варианта нефтепровода.
Вариант 1: принимаем скорость движения нефти в нефтепроводе равной V1 = 2 м/с. Определим диаметр нефтепровода по следующей формуле

, (3.5)

.

По сортаменту подбираем наружный диаметр Dн1 = 1020 мм.
Тогда пропускная способность данного нефтепровода составит

, (3.6)

.

Вариант 2: принимаем скорость движения нефти в нефтепроводе равной V2 = 3,2 м/с. Определим диаметр нефтепровода по формуле (3.5)

.

По сортаменту подбираем наружный диаметр Dн2 = 820 мм.
Тогда пропускная способность данного нефтепровода составит

.

Вариант 3: принимаем скорость движения нефти в нефтепроводе равной V3 = 2,6 м/с. Определим диаметр нефтепровода по формуле (3.5)

.

По сортаменту подбираем наружный диаметр Dн3 = 920 мм.
Тогда пропускная способность данного нефтепровода составит

.


3.2 Расчет плотности и вязкости нефти

Для этих трех вариантов произведем расчет плотности нефти по вязкости нефти исходя из ежемесячной температуры грунта на уровне оси залегания нефтепровода.
Вариант 1: Dн1 = 1020 мм.
Согласно п.5.1. СНиП 2.05.06-85 «Магистральные трубопроводы», при условном диаметре 1000 мм и более (до 1400 мм) заглубление трубопроводов до верха трубы надлежит принимать не менее 1,0 м.
Тогда глубина залегания оси трубопровода составит

, (3.7)

.

В соответствии с п.6 РД1, определим расчетную вязкость, плотность и температуру перекачиваемой нефти. Показатели среднемесячной температуры грунта по месяцам на глубине 1,51 м приведены в таблице 3.2. Расчетные плотности нефти по месяцам определяются по формуле (3.2), а средняя расчётная плотность – по формуле (3.1). Результаты расчёта плотности также приведены в таблице 3.2.
Вязкость нефтей зависит от температуры, увеличиваясь с ее пониженим.
...

3.3 Расчёт гидравлического уклона

Гидравлические расчеты трех вариантов нефтепроводов в соответствии с Приложением А РД1, производятся, исходя из пропускной способности нефтепровода, расчетных, физических характеристик перекачиваемой жидкости и расчетного диаметра.
Предварительно примем толщину стенок трубопроводов равной 10 мм.
Так как при подборе трех вариантов диаметров нефтепровода из условия скорости движения жидкости 2, 3,2 2,6 м/с, полученные значения диаметров при подборе стандартных труб были увеличены, необходимо пересчитать скорость движения жидкости также с учетом толщины стенки трубопровода по формуле

, (3.11)

,

,

.

Требования по скорости движения нефти по магистральным нефтепроводам, указанные в п. 6.9. РД1 выполняются, следовательно, можем проводить дальнейший расчет по трем вариантам нефтепроводов.
...

4 ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Продолжаем проводить расчеты с тремя вариантами диаметров трубопровода. Произведем расчет потерь по длине нефтепровода по формуле

, (4.1)

где L – длина нефтепровода, L = 404 – 51 = 353 км;
zк, zн – высотные отметки конца и начала нефтепровода;
1,02 – коэффициент, зависящий от шероховатости труб.

,

,

.

В таблице 4.1 приведены основные параметры нефтепровода для подбора оборудования

Таблица 4.1 – Основные параметры нефтепровода
Параметры
Вариант 1,
D = 1020 мм
Вариант 2,
D = 820 мм
Вариант 3,
D = 920 мм
Скорость нефти, V, м/с
2
3,2
2,6
Пропускная способность нефтепро-вода, Q, м3/с
1,634
1,690
1,728
Пропускная способность нефтепро-вода, Q, м3/ч
5883
6084
6222
Глубина залегания оси трубопро-вода, Н, м
1,51
1,21
1,26
Завершение таблицы 4.
...

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Для определения оптимального диаметра нефтепровода необходимо сравнить приведенные затраты трех вариантов. Вариант с наименьшими приведенными затратами будет являться оптимальным.
Приведенные затраты определяются по формуле

, (5.1)

где К – капитальные вложения;
Э – эксплуатационные затраты,
Ен – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, для (нефтяной и газовой промышленности Ен = 1,12 1/год) трубопроводного транс-порта Ен = 0,15 1/год.
Эксплуатационные затраты определяются по формуле

, (5.2)

где S – себестоимость перекачки нефти, зависящая от диаметра трубопрово-дов: S1020 = 0,065 коп/(т·км); S820 = 0,069 коп/(т·км); S920 = 0,068 коп/(т·км);

,

,

.

Определим капитальные вложения. Так, как длина нефтепровода L < 800 км, на участке нет промежуточных насосных станций с резервуарным парком.
...

6.1 Раскладка труб по толщине стенки

Для сооружения нефтепровода применяем трубы Волжского трубного завода по ВТЗ ТУ 1104-138100-357-02-96 из стали марки 17Г1С (временное сопротивление стали на разрыв , , коэффициент надежности по материалу К1 = 1,4).
Предварительно принимаем толщину стенки равной 9 мм.

Согласно п.6.11.2 РД1 – несущая способность определяется по формуле

, (6.2)

где R1 – расчётное сопротивление;
n – коэффициент надежности по нагрузке (внутреннему рабочему давлению в нефтепроводе), учитывающий возможное увеличение внутреннего давления в переходных процессах и принимаемый по таблице 6.8. РД1, n = 1,15, для нефте-проводов диаметром 700-1200 мм.
Определим расчётное сопротивление по формуле

, (6.3)

где m – коэффициент условий работы трубопровода, принимаем m = 0,9;
Кн – коэффициент надежности по назначению, для Dн < 1000 мм принимаем Кн = 1,0.
.

Несущая способность

.
...

6.2 Уточненный гидравлический напор

Исходя из принятого значения диаметра 920 мм и минимальной глубины укладки до верхний образующей трубы 0,8 м из предыдущих расчётов нам известны следующие параметры:
- глубина залегания оси трубопровода Н = 1,26 м;
• минимальная температура грунта: tmin = 0,3 0С
• максимальная температура грунта: tmax = 7,833 0С
При обработке исходных данных, были определены кинематическая вязкость и плотность на глубине заложения трубопровода для зимнего и летнего периода:
- плотность нефти в зимнем периоде: зима = 888,3 кг/м3;
- плотность нефти в летнем периоде: лето = 883,2 кг/м3;
- кинематическая вязкость нефти в зимнем периоде: νзима = 17,89 сСт;
- кинематическая вязкость нефти в зимнем периоде: νлето = 15,35 сСт.
Определим производительности трубопровода для летних и зимних условий за формулами (2.1) и (3.4)

,

.

Скорость движения жидкости с учетом толщины стенки трубопровода для летних и зимних условий по формуле (3.11)

,

.
...

6.3 Уточненный теплогидравлический расчет нефтепровода

Температура в конце нефтепровода определяется по формуле

, (6.8)

где b – коэффициент, который определяется по формуле

, (6.9)

Шу – параметр Шухова, определяется по формуле

, (6.10)

где К – коэффициент теплоотдачи;
Cv – удельная изобарная теплоемкость нефти,
Т0 – температура окружающей среды.
При турбулентном течении коэффициент теплоотдачи найдем по формуле
, (6.11)

где: – коэффициент теплоотдачи метала трубы;
– коэффициент теплоотдачи изоляции трубы;
– коэффициент теплоотдачи грунта.
Коэффициент теплотдачи металла трубы определяется по формуле

, (6.12)
где 𝜆тр – коэффициент теплопроводности металла,

Коэффициент теплоотдачи изоляции трубы

, (6.
...

6.4 Определение плотности и вязкости нефти для летних и зимних условий

Определим параметр Шухова по формуле (6.10)

.

Определим коэффициенты b для зимних и летних условий по формуле (6.9)
,

.

Примем значение температуры нефти в начале участка для зимних условий: +1,5 0С, для летних: +16,5 0С.
Для зимних условий температура в конце нефтепровода составит

,

Для летних условий температура в конце нефтепровода составит

.

Определим значение кинематической вязкости нефти для температуры в начальной точке трубопровода для зимних и летних условий по формуле (3.8)

,

.

Определим значение кинематической вязкости нефти для температуры в конечной точке трубопровода для зимних и летних условий

,

.

Так как при прохождении трубопровода кинематическая вязкость нефти меняется незначительно , то для гидравлических расчетов примем значение кинематической вязкости нефти при средней температуре нефти в трубопроводе.
...

6.6 Регулирование режима путем обточки колес на зимние условия

Произведем расчет потерь по длине нефтепровода по формуле (4.1)

Так как расстановка НПС проводилась точно согласно пересечениям линий гидравлического уклона и необходимого подпора, то степень обточки колес одинаковая на всех НПС.
Определим истинный дифференциальный напор НПС по формуле (6.7)

.

При подаче 5741,0 м3/ч насосный агрегат АНМ 7000-210б-2.1 УХЛ 4 с рабочим колесом D2 = 475 мм создает напор в 203,0 м.
Произведем расчет изменения параметров НПС. Истинный (точный) дифференциальный напор первого магистрального насосного агрегата составит

.

Это существенно меньше найденного дифференциального напора, поэтому необходимо применить обточку колес.
Степень обточки и диаметр колеса 1-го насоса определим по формуле

, (6.17)

где: a = 272;
b = 0,26 10-5;
Н – требуемый напор одного насоса;
Q – производительность одного насосного агрегата.

.
...

6.7 Регулирование режима путем обточки колес на летние условия

Произведем расчет потерь по длине нефтепровода по формуле (4.1)

Так как расстановка НПС проводилась точно согласно пересечениям линий гидравлического уклона и необходимого подпора, то степень обточки колес одинаковая на всех НПС.
Определим истинный дифференциальный напор НПС по формуле (6.7)

.

При подаче 5794,8 м3/ч насосный агрегат АНМ 7000-210б-2.1 УХЛ 4 с рабочим колесом D2 = 475 мм создает напор в 197,0 м.
Произведем расчет изменения параметров НПС. Истинный (точный) дифференциальный напор первого магистрального насосного агрегата составит

.

Это существенно меньше найденного дифференциального напора, поэтому необходимо применить обточку колес.
Степень обточки и диаметр колеса 1-го насоса определим по формуле (6.17)
.

Определим степень обточки колес в процентном отношении

.

По нормам технологического проектирования такая степень обточки колеса допустима без технико-экономических обоснований.
...

7 РЕЖЫМ РАБОТЫ ПРИ ОТКЛЮЧЕННОЙ НПС-2

Расчет условий работы участка магистрального нефтепровода при отключенной НПС-2 показал, что эксплуатация нефтепровода ни при любых значениях расхода не возможна при отключенной НПС-2.
Дополнительно были рассмотрены варианты различных режимов работы магистрального нефтепровода.
Рассмотрим режим работы участка магистрального нефтепровода при отключенных НПС-3 и НПС-4.

7.1 Режим работы при отключенных НПС-3 и НПС-4

При данном аварийном режиме работы нефтепровода необходимо снизить расход до Q = 4900 м3/ч = 1,361 м3/с.
Скорость движения нефти по формуле (3.11)

.

Определим число Рейнольдса по формуле (3.12)

.

Коэффициент гидравлического сопротивления определим по формуле (3.13)
.

Гидравлический уклон определяется по формуле (3.14)

.

Произведем перерасчет потерь по длине нефтепровода по формуле (4.1)

.

В свою очередь, из уравнения (6.1) выразим истинный (точный) дифференциальный напор НПС, с учётом отключенных НПС-3 и НПС-4.

.
...

1. СНиП 2.05.06-85 «Магистралные трубопроводы».
2. РД-24.040.00-КТН-062-14 «Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Магистральные нефтепроводы. Нормы проектирова-ния».
3. РД 153-39.4-056-00 «Правила технической эксплуатации магистралных нефтепроводов».
4. Центробежные нефтяные магистральные и подпорные насосы. Каталог. М. ЦИНТИхимнефтемаш, 1973.