Выбор трассы нефтепровода

Трасса нефтепровода длиной 700 км. Геодезические отметки через каждые 50 км представим в виде таблицы:

Таблица 1

Изменение геодезических отметок по длине нефтепровода

Расстояние, км	Отметки, м	Расстояние, км	Отметки, м

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1

Проект магистрального нефтепровода

Разраб.

Провер.

Н. Контр.

Утверд.

Определение физических параметров нефти.

Лит.

Листов

1

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НЕФТИ

Для расчётов нужно знать физические параметры нефти (плотность и вязкость) при температуре перекачки.

2.1 Определение плотности при заданной температуре

где t – расчётная температура, t = 6⁰C

- коэффициент объёмного расширения,

2.2 Определение вязкости при расчётной температуре

где u - коэффициент крутизны вискограммы: 15 32,368

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1

Проект магистрального нефтепровода

Разраб.

Провер.

Н. Контр.

Утверд.

Технологический расчет.

Лит.

Листов

1

3. технологическИЙ РАСЧЕТ

3.1. Определение расчетной производительности

где G - годовая производительность, кг/год;

N_p - число рабочих дней в году, N_p = 350

По производительности нефтепровода в соответствии с ВНТП – 2 – 86 определяем наружный диаметр D_н =1220 мм и границы рабочего давления 5,1-5,5МПа.

3.2. Подбор насосно-силового оборудования

В соответствии с требуемой производительностью выбираем основной насос типа НМ 10000 – 210 с параметрами:

D₁=495мм H_осн¹=212м

D₂=445мм H_осн²=161м

и подпорный насос типа НПВ 5000 – 120 (2 насоса, соединенных параллельно) с параметрами:

D₁=640мм H_п¹=122м

D₂=576мм H_п²=93м

Рабочее давление определяется:

где k- число основных насосов, k= 3

МПа

Данная величина не попадает в рабочий диапазон. Рассчитаем рабочее давление для диаметра рабочего колеса D₂:

МПа

Окончательно выбираем:

НМ 10000 – 210 с параметрами D₂=445мм H_осн²=161м

НПВ 5000 – 120 с параметрами D₁=576мм H_п¹=122м

3.3. Расчет толщины стенки нефтепровода

где n₁ – коэфицент надёжности по нагрузке, n₁ = 1,15;

R₁ – расчетное сопротивление растяжению металла труб:

Выбираем сталь Выксунского трубного завода марки 12Г2С.

R_н1 – нормативное сопротивление R_н1 =530 МПа;

m₀ – коэффициент условий работы трубопровода, m₀ = 0,9;

k₁ – коэффициент надежности по материалу, k₁ = 1,47;

k_н – коэффициент надежности по назначению, k_н = 1.

МПа

Принимаем толщину стенки δ = 11мм.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

Технологический расчет

Внутренний диаметр трубопровода:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1

Проект магистрального нефтепровода

Разраб.

Провер.

Н. Контр.

Утверд.

Гидравлический расчет.

Лит.

Листов

3

4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

4.1. Определение режима течения нефти в нефтепроводе

Находим число Рейнольдса:

Критические числа Рейнольдса:

;

где е – абсолютная шероховатость труб, е = 0,1 мм

Режим течения турбулентный, зона гидравлически гладких труб: m = 0,25, β = 0,0246.

4.2. Определение гидравлического сопротивления трубопровода

Коэффициент гидравлического сопротивления в зоне смешанного трения определяется:0,3164 86965 0,25 D 0,018

4.3. Определение потерь напора на трение

,

где υ - скорость течения нефти в трубопроводе:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

Гидравлический расчет

Тогда потери напора на трение по длине трубопровода:

;

4.4. Определение полных потерь напора в трубопроводе

где Н_к – требуемый напор в конечном пункте трубопровода, Н_к = 30 м

4.5. Определение гидравлического уклона

4.6. Определение числа станций

Дифференциальный напор одной станции:

h_вн – внутристанционные потери напора, h_вн = 15 м

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3

Гидравлический расчет

Число станций:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1

Проект магистрального нефтепровода

Разраб.

Провер.

Н. Контр.

Утверд.

Расстановка станций по трассе нефтепровода с округлением числа станций в меньшую сторону.

Лит.

Листов

3

5. РАССТАНОВКА СТАНЦИЙ ПО ТРАССЕ НЕФТЕПРОВОДА С ОКРУГЛЕНИЕМ ЧИСЛА СТАНЦИЙ В БОЛЬШУЮ СТОРОНУ

5.1. Определение действительного напора одного насоса

Определим требуемый напор одной станции:

Действительный напор одного насоса:

Уточнив , производим обточку рабочего колеса насоса:

Q₁=6400 м³/ч Н₁=205 м

Q₂=9600 м³/ч H₂=158 м

Обточка колеса производится на 1,0 %. Диаметр рабочего колеса после обточки:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

Расстановка станций по трассе нефтепровода с округлением числа станций в меньшую сторону.

5.2. Расстановка станций по трассе

Расстановка перекачивающих станций выполняется графически на сжатом профиле трассы. Метод размещения станций по трассе впервые был предложен В. Г. Шуховым и носит его имя. В основе метода лежит уравнение баланса напоров.

В данном курсовом проекте, в работе находятся 7 НПС, оборудованные однотипными магистральными насосами и создающие одинаковые напоры . На головной НПС установлены подпорные насосы, создающие напор . В конце трубопровода обеспечивается остаточный напор . Отметки профиля трассы, согласно заданию на проектирование, выбираем произвольно.

Из начальной точки трассы, где находится головная станция, вертикально вверх в масштабе высот профиля откладываем отрезок, равный суммарному напору, развиваемому подпорным насосом и перекачивающими станциями, при этом делаем отметку напора каждой станции. Из начальной точки горизонтально откладываем длину нефтепровода в масштабе и получаем конечную точку. Из отметки, равной , проводим линию, параллельную профилю трассы (на графике обозначена пунктирной линией). Из конечной точки вертикально вверх в масштабе профиля высот откладываем величину, равную . Соединяем данную точку с точкой, равной суммарному напору, при этом получаем линию гидравлического уклона с учетом местных сопротивлений. Из отметок напора каждой станции проводим линию, параллельную линии гидравлических уклонов, до пересечения со штриховой линией. Из данных точек отпускаем вертикально вниз линии, сначала до пересечения с профилем трассы (получаем месторасположения каждой НПС), затем до оси абсцисс, чтобы выяснить отметку километра расположения НПС и геодезическую отметку высоты, на которой располагается станция.

Таблица 2.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3

Расстановка станций по трассе нефтепровода с округлением числа станций в меньшую сторону.

Расстановка станций по трассе нефтепровода.

№ НПС	км	Отметки НПС, м	Расстояние между НПС, км	Отметки перегонов, м
			90,54	50,5
	90,54	50,5
88,12	61,2
	178,66	111,7
94,38	33,7
	273,04	145,4
118,85	-73,8
	391,89	71,6
103,64	-7
	495,53	64,6
105,24	-14
	600,77	50,6
99,23	104,4
КП

5.3. Аналитическая проверка режима работы всех НПС

Максимально допустимый напор на выходе НПС:

где [P_доп] - максимально допустимое давление в трубе:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

4

Расстановка станций по трассе нефтепровода с округлением числа станций в меньшую сторону.

Минимально допустимый напор на входе НПС по условию бескавитационной работы насосов:

;

где P_а - атмосферное давление:

Р_а = 760 мм.рт.ст. = 13600∙9,81∙0,76 = 101396 Па

где P_у - давление насыщенных паров нефти:

Р_у = 500 мм.рт.ст. = 13600∙9,81∙0,5 = 66708 Па

м - по Q-H характеристике основного насоса

Проверка режимов работы проводится с учетом следующих условий:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

Расстановка станций по трассе нефтепровода с округлением числа станций в меньшую сторону.

Проверка сошлась, станции расставлены верно.

5.4. Совместный график работы нефтепровода и всех НПС

График работы нефтепровода и НПС строится для проверки рабочей точки системы.

Для построения графика выберем 4 точки в рабочей зоне насоса и пересчитаем их значения с учетом обточки рабочего колеса:

Суммарный напор всех НПС определится:

Суммарные потери напора в трубопроводе:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

6

Расстановка станций по трассе нефтепровода с округлением числа станций в меньшую сторону.

Результаты расчетов представим в виде таблицы:

Таблица 3

Построение графика совместной работы нефтепровода и всех НПС

Q0, м3/час	H0, м	Q, м3/час	H, м	∑HНПС, м	Hтр, м

Получившаяся рабочая точка системы нефтепровод – НПС подтверждает полученные в ходе расчёта суммарный напор всех НПС и часовую производительность (H=3258,5 м, Q= ). Следовательно расчёт выполнен правильно и станции расставлены верно.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1

Проект магистрального нефтепровода

Разраб.

Провер.

Н. Контр.

Утверд.

Расчет режима нефтепровода при отключении НПС - 3

Лит.

Листов

3

6. РАСЧЕТ РЕЖИМА РАБОТЫ НЕФТЕПРОВОДА

ПРИ ОТКЛЮЧЕНИИ нпс -3

6.1. Максимальная производительность лимитирующего перегона

где ΔZ' - перепад высот на сдвоенном перегоне, м;

(l_C+1 - l_C-1) - длина сдвоенного перегона, м.

94,9 182,5 1,906

6.2. Полные потери напора в трубопроводе при отключении НПС:

Н^*=1,01·h_τ+∆Z+H_К

где h_τ – потери напора на трение:

Н^*=1,01·1702,5+155+30=1904,6м

6.3. Определение количества работающих насосов

,

где Н^*_{обт.нас} – напор обточенного насоса при производительности Q^*_max (по характеристике насоса)

122 231 8,23

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

Расчет режима нефтепровода при отключении НПС - 3

Принимаем количество работающих насосов k* = 9. Расставим насосы по нефтеперекачивающим станциям:

Таблица 4

Расстановка насосов по НПС

№ НПС	Кол-во насосов

6.4. Аналитическая проверка режима работы НПС

Определим гидравлический уклон при производительности Q^*_max:

0,00243

Проверка режимов работы проводится с учетом следующих условий:

Дросселируем на 744,5 - 613,1 =131,4 м

Дросселируем на станции 7 на 108,2-30=78,2м

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3

Расчет режима нефтепровода при отключении НПС - 3

Проверка сошлась, станции расставлены верно.

Так как при отключении НПС оборудования станций и трубопровод остались не измены - для построения совмещенной характеристики необходимо расчитать только

Q0, м3/час	H0, м	∑HНПС, м

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3

Расчет режима нефтепровода при отключении НПС - 3

Получившаяся рабочая точка системы подтверждает полученные в ходе расчёта суммарный напор всех НПС и часовую производительность. Следовательно расчёт выполнен правильно.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1

Проект магистрального нефтепровода

Разраб.

Провер.

Н. Контр.

Утверд.

Заключение

Лит.

Листов

3

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения работы был разработан проект магистрального нефтепровода длиной 700 км и наружным диаметром 1220 мм, который должен обеспечивать перекачку нефти с определенными свойствами до мест ее потребления.

Для обеспечения процесса перекачки по длине трубопровода нужно разместить 7 нефтеперекачивающих станции при округлении числа станций в большую сторону. В качестве дополнительного задания был выполнен расчет трубопровода при отключении НПС-3. Нефтеперкачивающие станции оснащенны насосами типа НМ-5000-210. На головной станции устанавливается подпорный насос типа НПВ-2500-80.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ВНТП – 2 – 86

2. Транспорт и хранение нефти и газа в примерах и задачах: Учебное пособие под общей редакцией Ю.Д. Земенкова. – СПб.: Недра, 2004. – 544с.

3. Курс лекций для студентов очного и заочного обучения специальности «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ», Составитель: Хойрыш Г. А., ст. преподаватель, Тюмень 2003.

Приложение 1