Методы увеличения пропускной способности трубопровода

Для увеличения пропускной способности трубопровода строит лупинг и вставку, а также увеличивает число НПС в кратный раз.

Лупинг - это параллельный трубопровод, построенный на определенном его участке.

Вставка - это трубопровод большего диаметра, который заменяет определенный участок магистрального трубопровода. Во всех этих двух случаях поперечное сечение некоторой длины трубопровода увеличивается, вследствие чего скорость потока в том участке уменьшается, уменьшая тем самым, гидравлическое сопротивления всего трубопровода. То есть увеличивается его пропускную способность.

На совмещенной характеристике увеличение пропускной способности означает перемещение рабочей точки вправо. Чтобы это произошло, необходимо либо «поднять» характеристики НПС, либо сделать более пологими характеристики перегонов. От­сюда - два способа увеличения пропускной способности: сооружение дополнительных станций на перегонах между существующими станциями (удвое­ние числа НПС) и прокладка лупингов. Очевидно, что коэффициент увеличения пропускной способности χ (отношение увеличен­ной пропускной способности к прежней) при удвоении числа НПС есть фиксированнаи величина, а при прокладке лупингов коэффициент χ может иметь различные значения в зависимости от длины и диаметра лупинга. В обоих случаях напор на выходе из станции уменьшается. Поэтому несущая способность трубопро­вода окажется недоиспользованной. Эффективность удвоения числа НПС или прокладки лупингов увеличится, если давление будет под­нято до величины, близкой к допускаемой по условию прочности. Это может быть осуществлено подбором диаметров колес насосов, или заменой существующих насосов на другие, параметры которых, ближе к необ­ходимым, установкой дополнительных подпорных насосов или даже сооружением на той же площадке второй магистральной насосной, включаемой параллельно.

Длина лупинга и вставки, необходимой для увеличения пропускной способности трубопровода в χ раз, определяется из следующих выражений:

. (89)

Здесь

, (90)

и для вставки

. (91)

Здесь D_л және D_в - диаметры труб лупинга и вставки. (рис. 10).

Для увеличения пропускной способности трубопровода можно построить по одной новой станций между каждой НПС (увеличения пропускных способностей должны быть одинаковыми для всех перегонов). В таком случае удвоения НПС увеличение пропускной способности равно (если при удвоении напоры станций остаются постоянными):

, (92)

m - коэффициент Лейбензона.

Нетрудно увидеть, что прокладка лупннгов целесообразна при сравнительно небольшом увеличении пропускной способности ( < ). Если требуется увеличить пропускную способность в число раз, близкое к (при турбулентном течении в зоне деист­вия формулы Блазиуса ≈1,486), то это можно сделать удвое­нием числа станций. Но можно такой же эффект получить и проклад­кой лупинга. Если же > , то может оказаться выгодным ком­бинированный способ: удвоение числа НПС с одновременной проклад­кой лупингов. Вопрос о предпочтительности того или иного способа решается сравнением приведенных затрат.

Как мы говорили, если полученный расчет фактической пропускной способности не удовлетворяет заказчика, то возможно 2 решение задачи. Второе из них, в случае округления в меньшую сторону (n<n₀), проектную пропускную способность можно получить при помощи строительства лупинга, или вставки. В этом случае в каждой НПС по 3 насоса, а недостающее расстояния ло конечного пункта (из-за малого количества НПС) получается за счет изменения линии гидравлического уклона лупинга.

Гидравлический уклон лупинга, или вставки:

, (93)

и для вставки

. (94)

Тогда длина лупинга, или вставки, позволяющая получить проектную пропускную способность трубопровода, должна быть таким:

, (95)

здесь и - напор НПС и гидравлический уклон магистрального трубопровода при подаче Q_ч.ср. Лупинг (вставка) можно построить в любом месте трубопровода. Так, как, уклон лупинга меньше, чем у магистрали, то в процессе проектировки при помощи сооружения лупинга (вставки) станцию можно передвинуть в любое удобное для расположения места (рис. 11).

В общем случае коэффициенты Лейбензона т для магистрали и лупинга могут быть различными, тогда уравнение (95) будет неверным. Тогда длина лупинга находится другим методом. Расчет ведем для наиболее распространенного случая D_л=D. Напор всех п (n<n₀) НПС для подачи Q_ч=Q_ч.ср равен:

Н_НПС (3п, Q_ч.ср)=3пh_мн(Q_ч.ср)+ п_эH₂(Q_ч.ср).

Полная потеря напора с учетом лупинга:

Н(Q_ч.ср)= i_м(Q_ч.ср)∙(L-x_л)+ i_м(Q_ч.ср/2) x_л+Δz+ п_эH_кп.

Согласно балансу напоров:

3пh_мн(Q_ч.ср)+ п_эH₂(Q_ч.ср)= i_м(Q_ч.ср)∙(L-x_л)+ i_м(Q_ч.ср/2) x_л+Δz+ п_эH_кп.

Первоначальное выражение баланса напоров (при нахождении числа НПС):

3п₀h_мн(Q_ч.ср)+ п_эH₂(Q_ч.ср)= i_м(Q_ч.ср)∙ L +Δz+ п_эH_кп.

Почленно отнимаем этих 2-х выражений:

3(п₀-п)∙h_мн(Q_ч.ср)= x_л ∙[ i_м(Q_ч.ср)- i_м(Q_ч.ср/2)]. Или

. (96)

Для этой формулы применимо любое выражение коэффициента гидравлического сопротивления (но только для случая D_л=D). Если коэффициенты Лейбензона т для магистрали и лупинга одинаковы, то используя формулу Лейбензона можно найти:

,

,

i-i_л=i(1-1/2^2-m), или i-i_л=i(1-ω), где ω=1-1/2^2-m – то есть формулы (95) и (96) дают одинаковые результаты.

Теперь делаем расстановку НПС на сжатый профиль трассы с учетом лупинга (вставки). Сначала исползуя скорость потока и коэффициент гидравлического сопротивления, уже найденных для значений Q_ч=Q_ч.ср, определим значение гидравлического уклона i_м при учете местных сопротивлений:

.

Также заранее известно напор каждой станции:

= 3 .

Расстояние между НПС в случае горизонтального профила трассы:

везде одинаково. Исползуя графический метод Шухова, делаем расстановку НПС. Если особое требования относительно расстановки нет, то лупинг ставим на конечном отрезке трассы. Без лупинга естественно, напор не хватит для перекачки нефти до конца трассы (хватит только до точки М_7а).

Найдем гидравлический уклон и длину лупинга:

,

.

Построим линию гидравлического уклона лупинга. Потеря напора в лупинге:

С конечной точки М_n+1 (с учетом H_кп) построим линию лупинга в виде гипотенузы с катетами и . Если расчеты и построения верны, то линия лупинга должна заканчиваться в линии гидравлического уклона магистрали.

Как была сказана выше, лупинг (вставка) можно построить в любом месте трубопровода, можно часть ставить в одном перегоне, а другую часть – в другом перегоне в зависимости от условии местности трассы.