Уравнение баланса напоров

Целью одного из наиболее распространенных видов гидравлического расчета является определение потерь напора при перемещении жидкости по трубопроводу.

Найдем потери участка трубопровода длиной l и диаметром D, с нефтеперекачивающей станцией (НПС) в начале. В основе расчета потерь напора используется известное уравнение Бернулли, имеющее вид

, (6.1)

где Р₁ и Р₂ – давление в начальном и конечном сечениях трубопровода, соответственно; z₁ и z₂ – высотные отметки этих сечений; υ₁ и υ₂ – средние скорости потока в них; h_1-2 – потери напора на участке (на трение и местные сопротивления).

Поскольку, расход и диаметр участка постоянны, то скорость потока в трубопроводе также будет неизменной, и скоростные составляющие уравнения обычно исключаются ввиду равенства.

Т.к. МН характеризуется значительной протяженностью, то для упрощения расчета потери с точностью достаточной для инженерных расчетов принимают

h_м=(0,01¸0,02)h_л. (6.2)

h_м – потери напора на местных сопротивлениях, h_л – потери напора на преодоление сил вязкостного трения

Тогда полные потери по формуле Блазеуса составят

. (6.3)

С учетом вышесказанного уравнение Бернулли примет вид

(6.4)

гдеΔz = z₂ – z₁.

В магистральном нефтепроводе давление в перекачиваемой среде создается и поддерживается с помощью насосов, расположенных на НПС. Это давление является избыточным. Согласно основному уравнению гидростатики, оно равно

, (6.5)

Тогда напор, развиваемый насосом (НПС) найдется как

. (6.6)

Соответственно остаточный напор в конечном сечении участка нефтепровода будет равен

. (6.7)

С другой стороны начальный напор Н₁, складывается из подпора Н_п, необходимого для безкавитационной работы основных центробежных насосов, напора, развиваемого основными насосами НПС Н_ст и внутристанционных потерь h_вн в обвязке перекачивающего оборудования (принимается 15м):

. (6.8)

Тогда уравнение Бернулли после изменений примет вид

, (6.9)

Данное уравнение называется уравнением баланса напоровдля одного перегона. Если перекачка ведётся «из насоса в насос», когда подпорные насосы необходимы только на головной нефтеперекачивающей станции (ГНПС), а подпором для ПНПС будет ΔН, то величина остаточного напора должна быть не меньше допустимой высоты всасывания ΔН_д из условия безкавитационной работы основных насосов

(6.10)

Также напор развиваемый станцией (с учетом подпора) не должен превышать допустимого Н_доп из условия прочности трубопровода

(6.11)

Для магистрали в целом уравнение баланса напоров будет выглядеть следующим образом

, (6.12)

где L – длина всей магистрали, м; n – количество НПС; Н_к – напор в конце магистрали, учитывающий потерю напора в трубопроводах конечного пункта h_кп и высоту уровня взлива Н_р в резервуаре, Н_к принимают от 20 до 40 метров.

Таким образом, согласно уравнения баланса напоров, напоры, развиваемые насосными станциями, расходуются на:

а) потери напора на трение;

б) потери напора на местные сопротивления;

в) на преодоление разницы высот конца и начала перегона;

г) на подпор между станциями или на обеспечение Н_к.