Определение числа НПС и их расстановка по трассе графоаналитическим методом (методом Шухова)

Необходимое для обеспечения заданной пропускной способности нефтепровода число НПС определяется из уравнения балансов между полными потерями напора в трубопроводе и напором развиваемым насосами НПС. Для эксплуатационного участка оно может быть записано следующим образом

,(6.19)

где H_п – начальный напор в участке (напор развиваемый подпорными насосами); n₀ – теоретическое число НПС; H_ст= kH_н-h_ст – напор развиваемый НПС; k – количество рабочих магистральных насосов на, НПС; H_н – напор развиваемый одним насосом; h_ст=15¸20м – внутристанционные потери напора; Н – полные гидравлические потери, м; h_к=20 ¸ 40 м – остаточный напор в конце участка.

Из (6.19.) теоретическое число НПС будет равно

. (6.20)

Практически всегда n₀ будет получаться в виде неправильной дроби и возникает необходимость округления числа НПС.

При округлении в большую сторону суммарный напор всех НПС будет превышать необходимый для обеспечения заданной пропускной способности. Если характеристику НПС представить аналитически

(6.21)

где а и b – коэффициенты позволяющие описать характеристику НПС, то уравнение баланса напоров можно записать в следующем виде

. (6.22)

В этом случае:

(6.23)

Если повышение пропускной способности не желательно, напор развиваемый всеми НПС необходимо снизить на величину

. (6.24)

Это возможно выполнить заменой рабочих колес на части насосов или обточкой рабочих колес. Во избежание снижения к.п.д. насосов обточка не должна превышать 10%.

Если суммарный напор НПС не снизить, то величина DH будет потеряна на дросселирование.

При округлении в меньшую сторону (n < n₀) пропускная способность нефтепровода снизится. Для повышения ее до заданного уровня используют прокладку лупинга для снижения потерь напора в трубопроводе на величину

(6.25)

где i – гидравлический уклон нефтепровода, i_л – гидравлический уклон лупингованного участка, i_л = ωi.

При одинаковых диаметрах лупинга и магистрали:

, (6.26)

w = 0,296 – для зоны Блазиуса, w = 0,272 – для зоны смешанного трения.

Принятые НПС надо расставить по трассе МН таким образом, чтобы давление за НПС не превышало допустимого по прочности трубопровода или насоса, а на входе в НПС не было меньше допустимого гарантирующего бескавитационный режим работы насосов:

, (6.27)

, (6.28)

где h – напор на входе в НПС; P_¶ – допустимое давление труб МН; Dh_¶ – допустимый кавитационный запас насоса; P_s – давление насыщения нефти, Па; P_a – атмосферное давление, Па; h_вст – потери напора в трубопроводах от магистрали до входа в первый работающий насос h_вст ≈ 10 м.

Для упрощения задачи определения положения НПС используется графоаналитический метод (метод Шухова) их расстановки. Для начала рассмотрим вариант расстановки четырех НПС, причем при округлении количества станций в большую сторону и регулировании избытка напора путем обточки рабочего колеса насоса.

Для этого на сжатом профиле (Рис. 6.5) (вертикальный масштаб профиля соответствует масштабу напора, горизонтальный – длины нефтепровода) от начальной точки трассы в масштабе высот профиля откладываем по вертикали величину подпора Н_п, затем от подпора отложим суммарный напор всех НПС Н_ст, получим точку А. От конечной точки трассы откладываем величину Н_к (20-40м), получим точку В. Соединим точки А и В, полученная наклонная прямая и есть линия гидравлического уклона i. Из точек 3,2,1 суммарного напора станций проводим линии параллельные линии гидравлического уклона. Точки пересечения этих линий с линией подпора спроецируем на профиль трассы и получим место расположения НПС.

Рис. 6.5. Расстановка НПС с округлением в большую сторону

числа станций.

Далее анализируют возможность и целесообразность сооружения НПС в выбранном месте. Вместо точки расположения НПС можно получить зону расположения НПС. При этом правая граница зоны будет соответствовать минимально допустимому подпору по условию безкавитациооной работы насосов , левая – ограничиваться величиной напора, который способен выдержать трубопровод, т.е. максимально допустимому напору из условия прочности трубопровода .

Расстановка НПС с округлением числа станций в меньшую сторону.

Т.к. число станций меньше требуемого (примем число станций равное трем), то напор, развиваемый ими не достаточен. Чтобы избежать снижения производительности, нужно уменьшить гидравлическое сопротивление линейной части, путем сооружения лупинга. Предварительно нужно определить гидравлический уклон лупинга i_л и построить треугольник гидравлических уклонов в масштабе основного чертежа.

Основание треугольника берется равным AF = 100 км, BF = h = i·10⁵ и BE = h_л = i_л·10⁵ (рис.6.6. а)

Рис. 6.6. Расстановка НПС с округлением в меньшую сторону

числа станций.

В масштабе высот профиля отложим подпор и суммарный напор станций, аналогично вышеизложенному. Получим точку М. От конечной точки трассы откладываем величину Н_к, получим точку D. Из точки D проводим линию гидравлического уклона i. Из точки М проводим линию гидравлического уклона лупинга i_л и также линию i. Все линии гидравлических уклонов, полученного параллеграмма MNDC, соответственно параллельны линиям треугольника уклонов. Далее сравниваем проекцию MN с аналитической длиной лупинга, найденной по (6.25.).

Если сходимость удовлетворительная, то значит параллелограмм МNDC построен правильно. Затем из точек 2 и 1, как из вершин строим параллелограммы со сторонами параллельными первому, но не «закрываем» их. Линии пересечения сторон полученных параллелограммов с линией подпора будут определять зоны возможного расположения НПС – ab и cd. Лупинги лучше располагать в конце перегона. С точки зрения надежности это оправдано тем, что к концу перегона давление становится меньше и следовательно меньше вероятность аварии. По этой же причине не имеет смысла строить весь лупинг на одном перегоне. В данном случае целесообразно устроить два лупинга на первом и третьим перегоне, длины которых в сумме должны составить

x₁ + x₃ = x_л.