Модель магистрального нефтепровода

Созданный в АК «Транснефть» информационно-вычислительный центр и наличие совершенных АСУТП предоставляют возможность использования компьютерных моделей МН, позволяющих решать задачи выбора оптимальных режимов МН и отслеживания реального состояния его элементов.

Модель МН представляет собой совместную работу двух элементов: НПС и участки.

Работа НПС описывается уравнением напора, развиваемого при разных производительностях МН

, (4.86)

где Н_нпс – напор, развиваемый НПС, м; a_n, b_п – коэффициенты, позволяющие идентифицировать характеристику Q-H надпорнго насоса; Q – производительность нефтепровода, м³/с; K_P – количество работающих параллельно надпорных насосов; m – коэффициент, зависящий от гидравлического режима течения нефти в участке; K – количество работающих последовательно основных насосов; a_i, b_i – коэффициенты, позволяющие идентифицировать характеристику Q-H каждого из основных насосов; h_ст – внутристанционный потери напора, м; h_р – потери напора в регуляторах давления, м.

Работа участка описывается уравнением полных потерь напора

, (4.87)

где Е – коэффициент эффективности работы участка; D_эк – эквивалентный диаметр участка, м.

Измерение эквивалентности работы участка в процессе его эксплуатации описано уравнением следующего вида:

, (4.88)

где E_min – минимальное значение эффективности участка; a и b – постоянные для данного участка коэффициенты; t – режим работы нефтепровода, час.

Из (4.88) видим, что при t = 0 эффективность участка максимальная и будет соответствовать ее значению после очистки участка или пуска НП в эксплуатацию .

Модель МН функционирует по основному принципу, соответствующему работе реального нефтепровода: каждого состоящего технологической схемы и условиями работы МН соответствует одна производительность, обусловленная балансами энергии (напора) трубопровода (4.22). Реализация этого принципа показана на блок-схеме модели МН (рис. 4.1).

Разработанная в учебных целях модель представляет собой МН с тремя НПС, с зафиксированными значениями их высотных отметок и длин участков. Профиль трассы принят в виде прямых линий, соединяющих высотные отметки НПС и конечного пункта. Напорные характеристики основных и подпорных насосов и эффективность работы всех участков работы заложены в память коэффициентами идентификации a и b. Вязкость и плотность нефти вводятся в программу автоматически при выборе одного из 28 вариантов. В соответствии с вариантом предусмотрено появление сброса на одном из участков по истечении определенного времени.

Приступив к работе, пользователь вводит свой вариант, диаметр МН, время работы после очистки, периоды давления на регуляторе давления всех НПС. Кроме того, учитываем ТНН и количество работающих основных и подпорных насосов на каждой НПС.

Расчет давления в нефтепроводе начинается с определения давления на выходе ГНПС. Дальше определяются потери давления и давление в различных точках с шагом Dх = 3х. При прохождении точки сброса l_с расчет определяется при пониженной производительности Q = Q-q. В точках подключения промежуточных НПС давление повышается на величину давления, развиваемого этой станцией.

Расчет продолжается до определения давления в конечном пункте МН. Полученное давление сравнивается с требуемым Р_к. Расчетное давление не должно отличатся от заданного на величину, превышающую обусловленную точностью определения давления. В данной программе принято P_к = 0,2 ± 0,002 МПа. Если P_н выходит за допустимые пределы, то уточняется производительность на величину DQ = 0,01Q и расчет возвращается к началу.

Окончательные результаты расчетов представлены в виде таблицы и графиков линий гидравлических уклонов. В таблице учитываются: вязкость и плотность нефти, производительность МН, давление входа и выхода НПС и конечного пункта. Используя графики гидравлических уклонов, можно, перемещая визирную линию, получить значения высотного положения любой точки трассы и давление в этой точке.

Модель МН позволяет решить следующие задачи:

ü выбор оптимальной технологической схемы, позволяющей реализовать заданную производительность;

ü определение оптимальной периодичности очистки МН;

ü оценки влияния изменения возможности, отключение НПС или насосов, дросселирования давления и сброса нефти на режим работы МН;

ü определение наличия, места и величины утечки.

4.11. Оценка гидравлической эффективности МН. Примеры расчёта