Технологический расчёт МН при последовательной перекачке

5.5.1 Особенности гидравлического расчёта нефтепровода при последовательной перекачке. Скачки напора в трубопроводе

Не смотря на то, что процесс перекачки с постепенным замещением одной жидкости другой является не стационарным (не установившимся), все происходящие изменения совершаются достаточно медленно и поэтому инерцией жидкости можно пренебречь. В таком случае, предполагая процесс замещения нефтей квазистационарным и принебрегая протяжённостью зоны смеси, запишем уравнение Бернулли для участков трубопровода (см. рис. 5.20), занятых соответственно нефтью №1 и нефтью №2 [1].

(5.99)

где r ₁, r ₂ – плотности нефтей;

i ₁, i ₂ – гидравлические уклоны участков трубопровода, занятых соответствующей нефтью с киниматическими коэффициентами вязкости n ₁ и n ₂;

z_гр –высотная отметка профиля трубопровода в месте контакта, удалённой от начала на длину l_гр.

Рис. 5.20. Схема к гидравлическому расчёту участка МН

при вытеснении нефти №2 нефтью №1 (при r ₁< r ₂)

Умножая первое уравнение системы (5.98) на r ₁, а второе на r ₂ складываем полученные выражения, тогда получим обобщенное уравнение Бернулли

, (5.99)

из которого при известных значениях давленияв начале p_Н и конце р_K трубопровода, а также положения контакта l_гр, z_гр можно определить мгновенный расход Q (τ) и скорость движения контакта w (τ).

Если, сложив оба уравнения системы (5.98), исключить высотную отметку z_гр, то получим обобщённое уравнения Бернулли

, (5.100)

из которого можно определить давление p_гр в месте контакта нефтей.

Из уравнения (5.100) и рис. 5.20 видно, что разность напоров между начальной и конечной точками не равна сумме гидравлических потерь на участках, занятых нефтью №1 и №2, т.е. в месте контакта нефтей с разными плотностями будет иметь место скачок напоров [2, 31]

. (5.101)

Скачок напора D Н =0, если r ₁= r ₂; D Н <0 (напор увеличивается скачком) если r ₁> r ₂, т.е. более плотная нефть вытесняет менее плотную; D Н >0 (напор уменьшается скачком) если r ₁< r ₂, т.е. менее плотная нефть вытесняет более плотную.

5.5.2 Изменение расхода и давления на выходе НПС в процессе смены жидкостей

При перекачке жидкостей с различной плотностью совмещенная характеристика МН–НПС, выраженная в единицах напора отражает процесс последовательной перекачки не полностью. Рассмотрим процесс смены жидкостей по совмещённой характеристике, выраженной в единицах давления (рис. 5.21). Так как плотности перекачиваемых жидкостей различны, то характеристики трубопровода выходят не из одной, а из разных точек. По той же причине напорная характеристика насоса разделяется на две кривые: для нефти №1 и для нефти №2. Но так как обе характеристики отличаются от построенной в единицах напора в одно и тоже число раз (r_i·g), то от этого величины расчетных расходов Q_А и Q_Б не изменяются.

При перекачке одной только менее вязкой нефти №1 характеристика трубопровода изображается кривой ЛЧ1, а характеристика станции – кривой НПС1. Рабочей точкой является точка А, которой соответствуют расход Q_А и давление p_А. При начале перекачки более вязкой (и более тяжелой) нефти №2 насосы станции заполняются ею и характеристика станции соответствует кривой НПС2. В трубопроводе в этот момент еще находится менее вязкая жидкость, поэтому рабочей становится точка А', которой соответствуют расход Q'_А и давление на выходе станции p'_А.

По мере замещения нефти №1 нефтью №2 характеристика трубопровода проходит все более круто и соответственно рабочая точка постепенно перемещается по кривой НПС2 из точки А' в точку Б, которая будет достигнута при полном вытеснении из трубопровода нефти №1 нефтью №2.

В случае обратной смены происходит следующее: при переходе на перекачку менее вязкой нефти №1 давление, развиваемое перекачивающей станцией изображается кривой НПС1. а поскольку практически весь трубопровод в начале замещения все еще заполнен более вязкой нефтью №2, то для достижения баланса давлений расход должен скачком изменится с Q_Б до Q'_Б, а давление на выходе станции – с p_Б до p'_Б. После этого начинается плавное перемещение рабочей точки в точку А, связанное с постепенным вытеснением более вязкой нефти менее вязкой (на рис. перемещение рабочей точки показано стрелками).

5.5.3 Уравнение баланса давлений при последовательной перекачке

Чтобы учесть различие свойств последовательно перекачиваемых жидкостей уравнение сохранения энергии для МН правильнее записать в единицах давления.

Уравнение баланса давлений в общем случае имеет следующий вид

. (5.102)

Откуда получим мгновенный расход в трубопроводе при вытеснении нефти №2 нефтью №1

.(5.103)

При перекачке нефтей и нефтепродуктов с различной вязкостью необходимо иметь в виду, что при движении партии с меньшей вязкостью, чем последующая за ней, на самотечных участках трассы впередиидущая партия отрывается от последующей, создавая, таким образом, разрыв непрерывности потока жидкости. При подходе потока к промежуточной НПС происходит срыв работы насосных агрегатов, в этом случае падает давление, уменьшается нагрузка на электродвигателях, контролирующие режим перекачки приборы автоматики регистрируют нарушение режима и дают сигнал автоматической остановки насосов. В связи с этим, а также тем, что при последовательной перекачке нефтепродуктов возможно нарушение ограничений (5.52)–(5.54) по напорам и подпорам станций, возникает необходимость в согласовании их режимов.

Дата добавления: 2015-08-05