Совместная работа газопровода и компрессорных станций

Режимы работы трубопровода и компрессорных станций (КС) связаны между собой: расход в трубопроводе равен производительности КС, давление нагнетания соответствует давлению в начале перегона между станциями, а давление всасывания следующей КС равно давлению в конце перегона. Любые изменения режима работы КС приводят к изменениям режима работы трубопровода и наоборот. Поэтому нельзя определить пропускную способность газопровода при помощи одной только формулы расхода. Пропускную способ­ность газопровода также нельзя найти, пользуясь только характеристиками нагнетателей или только аналитическими выражениями этих характеристик.

Трубопровод и КС следует рассматривать, как единое целое и в технологи­ческом расчете газопровода. Режимы работы трубопровода и КС должны быть согласованы.

Это согласование может быть осуществлено совместным решением уравне­ний характеристик КС и характеристики перегонов между станциями. Уравне­ние характеристики КС возьмем в виде , а уравнение характеристики трубопровода (перегона между КС) удобно выра­зить так: . Здесь l – длина перегона, С – постоянный коэффициент. Смысл постоянных величин а и b раскрыт при описании параметров, входящих в формулу (7.6), только в этом случае речь идет не о насосной, а компрессорной станции.

Для газопровода с n компрессорными станциями имеем:

(7.41)

Обозначив y_i = b_i + Cl_i и найдя из первой пары уравнений , из второй и т. д., получим, что для КС, номер которой равен х,

(7.42)

Для конечной точки газопровода

где

Отсюда расход в системе «КС – трубопровод»

.

(7.43)

Если станции однотипные и перегоны между ними одинаковые (за исклю­чением последнего, длина которого зависит от давления р_к), т. е. если

.

то

.

и формула (7.43) станет проще:

.

(7.44)

Если начальной точкой газопровода считать не всасывающий, а нагнета­тельный коллектор головной компрессорной станции, где давление равно р_н1, то из системы (7.41) надо будет исключить первое уравнение. Тогда

.

(7.45)

Из (7.43), (7.44) и (7.45) видно, что пропускная способность газопровода в первую очередь, зависит от давления в начальной точке газопровода (р_в1 или р_н1); даже незначительное снижение этого давления приводит к ощути­мому уменьшению пропускной способности газопровода (а >> 1).

Давление в конечной точке газопровода, напротив, оказывает незначи­тельное влияние на его пропускную способность; оно может изменяться в до­вольно большом диапазоне и на пропускной способности газопровода это суще­ственно не отразится.

Влияние р_к на Q тем меньше, чем больше число станций n; влияние на­чального давления на пропускную способность газопровода с увеличением n наоборот, возрастает.

Из ((7.43), (7.44) и (7.45) также следует, что на пропускную способность газопровода влияет расположение компрессорных станций: чем меньше расстояния между ними, тем меньше y и, следовательно, тем больше Q. Но при сближении станций возрастут давления р_в и р_н. Это – ограничение: давление в любой точке газопровода не должно превышать допустимого из условия прочности.

При однотипных станциях и одинаковых перегонах между ними упрощаются также выражения, определяющие давления всасывания и нагнетания: для произвольно взятой компрессорной станции х вместо (7.42) получаем

(7.46)

Отсюда следует, что давления всасывания и нагнетания даже при однотипных КС и при перегонах одной и той же протяженности практически не бывают одинаковыми на всех станциях. Одинаковыми эти давления будут лишь при расходе, величина которого получается из первой пары уравнений (7.41):

.

(7.47)

Если это подставить в (7.46), то на любой станции х окажется, что р_в = р_в1 и р_н = Р_н1.

Из последней пары уравнений (7.41) нетрудно найти давление р_к, при котором все это может быть обеспечено. Получается, что

.

(7.48)

Изменения давления р_к вызывают изменения давлений всасывания и нагнетания (р_в и р_н) на КС. Рассмотрим, как это происходит. Пусть давление р_к повысилось на Dр_к. Если бы расход оставался неизменным, то для перегона между последней КС и конечным пунктом газопровода

.

Отсюда следует, что

.

(7.49)

т. е. прирост давления в начале перегона меньше величины, на которую повысилось давление в конце перегона.

На компрессорной станции повышение давления всасывания (Dр_в) по сравнению с повышением давления нагнетания (Dр_н) определяется из сопостав­ления отношений давления (степеней сжатия).

При неизменном расходе

.

Отсюда следует, что

.

(7.50)

Однако в действующем газопроводе изменения давления р_к связаны с изме­нением отбора газа в конечном пункте газопровода; увеличение р_к происходит при уменьшении отбора. Если это учесть, то неравенства (7.49) и (7.50) уси­лятся.

Таким образом, на участке «последняя КС – конечный пункт газопровода»

.

Такой же вывод следует и для остальных станций и перегонов между ними. Но заметными изменения р_н и р_в при измерении р_к бывают лишь на послед­них двух-трех станциях. На последней КС Dр_н и Dр_в – самые большие, на предпоследней они значительно меньше, а на остальных КС давления р_н и р_в практически не изменяются.

Теперь рассмотрим, как будут изменяться давления р_н и р_в на КС при изме­нении давления в начальной точке газопровода.

Пусть давление р_в1 возросло на Dр_в1. Считая сначала, что расход не изме­нился, получим, как и прежде из сравнения степеней сжатия, что Dр_н1 > Dр_в1, а из равенства разностей квадратов давлений для перегона между первой и вто­рой станциями Dр_в2 > Dр_н1.

Для второй станции окажется, что Dр_н2 > Dр_в2, для перегона между второй и третьей станциями Dр_в3 > Dр_н2 и т. д. Но, как уже было сказано, изменение давления р_в1 сопряжено с изменением подачи газа в газопровод, при этом чем больше число КС, тем больше увеличивается расход при повыше­нии давления р_в1. Увеличение расхода приведет к уменьшению степени сжатия, а это, как нетрудно понять, – к уменьшению Dр_н. В результате неравенства Dр_н > Dр_в окажутся либо ослабленными, либо знак у них переменится на обратный. То же получается и с неравенствами для перегонов между станциями. Таким образом, в общем случае нельзя сделать вывод о том, что больше – Dр_н или Dр_в и как эти величины будут изменяться от станции к станции – увеличи­ваться или уменьшаться. Можно лишь сказать, что при увеличении подачи газа в газопровод давления р_в и р_н повысятся, линии падения давлений под­нимутся, а при уменьшении подачи газа – наоборот.

Для сравнения заметим, что при увеличении отбора газа давления р_в и р_н уменьшатся и линии падения давлений на перегонах между станциями сни­зятся.

Вопросы контроля знаний по седьмому разделу.

1. Назовите основные типы нефтей.

2. Что оказывает существенное влияние на структурно-механические свойства и вязкость нефти и ее перекачку?

3. Кристаллизация и ее влияние на прокачку нефти.

4. Какие молекулы являются материалом для образования кристаллов в нефти?

5. Что наблюдается в расположении молекул при образовании кристаллов?

6. Какие модификации твердого парафина наблюдаются в процессе кристаллизации?

7. Что оказывает влияние на размеры кристаллов парафина?

8. Гелеобразование в нефти и ее влияние на ее прокачку по нефтепроводу.

9. Какая модель жидкости характерна для нефти?

10. Что такое «тиксотропия» и какие жидкости обладают тиксотропными свойствами?

11. Назовите группы нефтепроводов?

12. Что включает в себя магистральный нефтепровод?

13. Какие трубы применяются для магистральных нефтепроводов, чем они соединяются и на какой глубине укладываются?

14. Из каких соображений выбирают толщину труб магистральных нефтепроводов?

15. Особенности прокладки нефтепровода по районам с вечномерзлыми грунтами или через болота?

16. Особенности прокладки нефтепровода, пересекающего крупные реки, железные и крупные шоссейные дороги?

17. Какую функцию выполняют головная и перекачивающие (насосные) станции и их основные отличия?

18. Чем оборудуются компрессорные станции газопроводов?

19. На каких трубопроводах и для чего устанавливают тепловые станции?

20. Что показывает характеристика трубопровода, насоса или насосной станции?

21. Как влияет вязкость перекачиваемой жидкости, протяженность трубопровода и его диаметр на крутизну характеристики трубопровода?

22. Что показывает гидравлический уклон трубопровода?

23. Для чего в трубопроводах устанавливаются лупинг и вставка?

24. Что показывает напорная характеристика насоса и каким образом ее получают?

25. На какой части напорной характеристики насоса находится ее рабочая область?

26. Каким образом получают напорную характеристику группы соединенных между собой насосов?

27. Охарактеризуйте физический смысл уравнения баланса напора в нефтепроводе.

28. Как рассчитать подачу нефти в нефтепроводе?

29. Что показывает коэффициент увеличения пропускной способности нефтепровода?

30. Как рассчитать увеличение производительности нефтепровода при удвоении числа перекачивающих станций?

31. Чем отличается плотность газа при стандартных и нормальных условиях?

32. Охарактеризуйте понятие «энтальпия».

33. В чем заключается «эффект Джоуля – Томсона»?

34. Назовите основные свойства газовых смесей.

35. По какой формуле можно определить падение давления газа в трубопроводе, если задан массовый расход?

36. По какой формуле можно определить коммерческий расход газа в трубопроводе?

Дата добавления: 2015-08-05