Расчёт напорных, мощностных и удельных показателей перекачки нефти без введения полимеров

Внутренний диаметр определяется по формуле

, (2.1)

где - внешний диаметр трубопровода, м;

- толщина стенки трубопровода, м.

Средняя скорость течения продукта по трубопроводу вычисляется по формуле

, (2.2)

где - объёмный расход нефти, м³/с.

Режим течения нефти характеризуется числом Рейнольдса, определяемого по зависимости

, (2.3)

где - кинематическая вязкость перекачиваемой нефти, м²/с.

Относительная шероховатость трубы определяется по формуле

, (2.4)

где - эквивалентная шероховатость стенки трубы, зависящая от материала и способа изготовления трубы, а также от ее состояния. Для нефтепроводов после нескольких лет эксплуатации можно принять =0,2 мм.

Значения переходных чисел Рейнольдса и определяют по формулам

; (2.5)

. (2.6)

Значение коэффициента гидравлического сопротивления в зоне смешанного трения определяется по формуле (2.7) согласно таблице 2.8.

Таблица 2.8− Значения коэффициентов, m, для различных режимов и зон течения жидкости в трубопроводе круглого сечения

Режим течения	Значение коэффициента
	m	, с^2/м
Ламинарный			4,15
Переходный турбулентный		1,02	1,4110^–6
Развитый турбулентный	зона гидравлически гладких труб		0,25	0,0246
зона смешанного трения		0,1
зона квадратичного трения

. (2.7)

Потери напора на трение между начальным и конечным сечением трубопровода определим по формуле Дарси-Вейсбаха

, (2.8)

где - расчетная длина нефтепровода, м,

- ускорение свободного падения, м/с².

Из уравнения Бернулли можно найти напор, необходимый для прокачки нефти на технологическом участке трубопровода

, (2.9)

где и - давления в начале и конце трубопровода, Па;

и - высотные отметки начала и конца трубопровода, м;

и - коэффициент кинетической энергии (коэффициент Кориолиса);

- плотность перекачиваемого продукта, кг/м³.

Технологический участок в силу малой разницы высотных отметок можно принять горизонтальным. Если скорости потока и давления во входных, выходных и промежуточных сечениях рассматриваемого участка равны, а местными сопротивлениями можно пренебречь, то выражение (2.9) преобразуется [32]

. (2.10)

При последовательном соединении характеристики насосов складываются при постоянных подачах, тогда суммарная напорная характеристика имеет следующий вид [14]

, (2.11)

где а и b – коэффициенты характеристики, определяемые при аппроксимации N экспериментально полученных значений напора и подачи или по заводской характеристике насоса, снятых на воде при заданном числе оборотов привода.

Массовый расход определяется по формуле

. (2.12)

Требуемая гидравлическая мощность насоса может быть определена по формуле

. (2.13)

Потребляемая мощность насосных агрегатов определится по формуле

, (2.14)

где η_н – коэффициент полезного действия (КПД) центробежного насоса, определяемый согласно графикам в приложениях А, Б;

- КПД электродвигателя.

Далее производится расчёт удельных показателей энергоэффективности перекачки нефти.

Грузооборот за рассматриваемый период времени вычисляется по формуле

. (2.15)

Затратами электроэнергии на собственные нужды можно пренебречь в силу их малого значения. Требуемая для перекачки электроэнергия определяется по формуле

. (2.16)

Удельные затраты электроэнергии на перекачку нефти [32]

. (2.17)

Рассмотрим два случая перекачки нефти по МТ. В первом случае на каждой НПС будет включено по одному насосному агрегату. Во втором – по два однотипных насоса с последовательным включением.

Приведём пример расчёта с пропускной способностью =0,4 м³/с при одном подключенном насосном агрегате на каждой НПС без использования ПТП.

Определяем внутренний диаметр по формуле (2.1)

м.

Средняя скорость течения продукта по трубопроводу по формуле (2.2)

м/с.

Числом Рейнольдса по формуле (2.3)

.

Относительная шероховатость трубы найдём по формуле (2.4)

.

Значения переходных чисел Рейнольдса Re₁ и Re₂ определяем по формулам (2.5) и (2.6)

;

.

Режим течения – турбулентный, зона смешанного трения.

Определим значение коэффициента гидравлического сопротивления по формуле (2.7)

.

Потери напора на трение между начальным и конечным сечением трубопровода определим по формуле Дарси-Вейсбаха (2.8)

м.

Напор, необходимый для прокачки нефти на технологическом участке трубопровода определим по формуле (2.10)

м.

Вычислим напор, развиваемый подключенными насосными агрегатами по формуле (2.11)

Определим массовый расход по формуле (2.12)

т/ч.

Требуемую гидравлическую мощность насоса найдём по формуле (2.13)

кВт.

Потребляемая мощность насосных агрегатов определится по формуле (2.14)

кВт,

Вычислим удельные показатели энергоэффективности на перекачку нефти.

Грузооборот за рассматриваемый период времени определяем по формуле (2.15)

млн т∙км.

Требуемая для перекачки электроэнергия по формуле (2.16)

МВт∙ч.

Удельные затраты электроэнергии на перекачку нефти вычисляем по формуле (2.17)

МВт∙ч/(млн т∙км).

Расчёт для остальных значений пропускной способности МТ в зависимости от количества подключенных насосов на НПС приведены в таблицах 2.9 и 2.10.

Таблица 2.9 – Результаты технологического расчёта

, м/с			, м	, т/ч	, м
1,028	72343,2	0,02058	1447,1		1019,8
1,541	108514,7	0,01911	3024,0		2131,1
2,055	144686,3	0,01823	5128,3		3614,0
2,569	180857,9	0,01763	7750,6		5462,0
3,083	217029,5	0,01720	10886,0		7671,5

Таблица 2.10 – Результаты расчёта мощностных и энергетических характеристик

Количество насосов на станции	, м	, кВт	, кВт	, млн т∙км	, МВт∙ч	, МВт∙ч/(млн т∙км)
	1326,2	3401,5	4590,4	810,8	3305,1	4,08
1224,6	10662,1	13361,0	1216,2	9619,9	7,91
1082,4	24108,1	30947,5	1621,6	22282,2	13,74
899,5	45544,7	59927,3	2026,9	43147,6	21,29
675,9	76763,0	103593,8	2432,3	74587,5	30,67
	2652,4	5177,0	6986,5	810,8	5030,3	6,20
2449,2	15654,9	19617,7	1216,2	14124,8	11,61
2164,7	34910,2	44814,1	1621,6	32266,1	19,90
1798,9	65504,2	86189,7	2026,9	62056,6	30,62
1351,9	109978,4	148418,9	2432,3	106861,6	43,93

На основе полученных результатов построим расходно-напорную характеристику для наглядного отображения процесса перекачки с одним и двумя подключенными насосами на НПС (рисунок 2.1).

1,2 – характеристика НПС с одним и двумя подключенными насосами

на НПС соответственно; 3 – характеристика МТ

Рисунок 2.1 – Совмещённая характеристика МТ и НПС без применения ПТП

Из рисунка 2.1 видно, что подключение меньшего количества насосов на технологическом участке даёт меньшее значение напора.

На рисунке 2.2 изображена зависимость удельного энергопотребления на преодоление трения участка от грузооборота без применения антифрикционных добавок.

Как видно из графика, значение удельного энергопотребления увеличивается с подключением большего числа насосных агрегатов.

1,2 – удельные энергозатраты с одним и двумя подключенными насосами на НПС;

Рисунок 2.2 – Зависимость удельных энергозатрат от грузооборота перекачиваемой нефти без применения ПТП

Дата добавления: 2015-07-15