Решение. 1. Выбираем диаметр нефтепровода, равный 530 мм

1. Выбираем диаметр нефтепровода, равный 530 мм. Для трубы данного диаметра и протяженности 425 км расчетное число дней работы равно 356.

2. По формуле (2.2) находим расчетную производительность нефтепровода

.

3. В соответствии с найденной производительностью выбираем насосы для оснащения насосных станций: подпорные – НПВ 1250-60 и основные – НМ 1250-260.

По табл.2 и 4 приложения 2 выбираем насосы с наибольшим диаметром.

Напор этих насосов при расчетной часовой подаче составляет

;

.

4. Полагая число основных насосов m_мн = 3, по формуле (2.4) рассчитываем рабочее давление на выходе головной насосной станции

Запорная арматура на нефтепроводах рассчитана на давление P_д = 6,4 МПа, поэтому условие (2.5) не выполняется. Необходимо принять к применению ротор меньшего диаметра.

Излишний напор составляет

.

Так как допустимый кавитационный запас насосов НМ 1250-260 составляет 20 м, то напор подпорных насосов можно существенно уменьшить. Принимая к использованию ротор с наименьшим диаметром (445 мм), находим

.

С учетом данной замены суммарный избыточный напор составляет

,

т.е. избыточный напор одного основного насоса составляет 38 м.

Полагая, что будет использован ротор с диаметром 395 мм, находим

.

Таким образом, напор одного основного насоса уменьшен на

269,2 – 221,1 = 48,1 м > 38 м.

Проверим возможность использования ротора диаметром 418 мм. Для него

.

Уменьшение напора одного основного насоса составляет 250,3 – 221,1 = 29,2 м, что недостаточно.

Таким образом, рабочее давление головной насосной станции составляет

.

5. Полагая, что нефтепровод строится из труб Харцызского трубного завода (ТУ 322-8-10-95) по табл.1 приложения 1 находим, что для стали 13 ГС σ_вр = 510 МПа; σ_т = 353 МПа; k₁ = 1,34; δ_н = 8,9 и 10 мм. Так как D_н < 1 м, то k_н = 1. Так как трубопровод II категории, то m₀ = 0,75.

По формуле (2.8) вычисляем расчетное сопротивление металла труб

6. Расчетная толщина стенки нефтепровода по формуле (2.9)

.

Округляем найденное значение до ближайшего большего стандартного значения δ_н = 8 мм. Предположим, что после проведения всех проверок согласно [3], окончательная толщина стенки δ_н = 9 мм.

7. Внутренний диаметр нефтепровода по формуле (2.13)

8. Секундный расход нефти и ее средняя скорость по формулам (2.14), (2.15):

9. Число Рейнольдса по формуле (2.17)

т.е. режим течения нефти турбулентный.

10. Относительная шероховатость трубы при k_э = 0,2 мм

.

11. Первое переходное число Рейнольдса по формуле (2.19)

.

Так как Re < Re₁, то течение нефти происходит в зоне гидравлически гладких труб и коэффициент гидравлического сопротивления вычисляем по формуле (2.20):

.

12. Гидравлический уклон в нефтепроводе по формуле (2.25)

.

13. Так как L < 600 км, то N_э = 1. По формуле (2.33) вычисляем полные потери в трубопроводе (полагаем H_кп = 30 м)

H = 1,02 × 0,00704 × 425 × 10^{3 –} 125,5 + 1 × 30 = 2956,3 м.

14. Расчетный напор одной станции по формуле (2.35)

H_ст = 3 × 221,1 = 663,3 м.

15. Расчетное число насосных станций по формуле (2.37)

.

Найденное количество станций округляем до пяти.

16. Выполняем расчеты для построения совмещенной характеристики нефтепровода и насосных станций, результаты которых сводим в табл.10.1.

Таблица 10.1

Данные для построения совмещенной характеристики

Q, м3/ч		H = hпн + nнhмн при nн
	452,6	3230,1	3494,1	3758,1	4022,1
	1018,8	3121,8	3377,0	3632,2	3887,4
	1748,0	2970,5	3213,4	3456,3	3699,2
	2628,7	2776,1	3003,2	3230,3	3457,4
	3652,5	2538,7	2746,5	2954,3	3162,1
	4813,1	2258,2	2443,2	2628,2	2813,2

На рис.10.1 приведена совмещенная характеристика нефтепровода и насосных станций при общем числе работающих насосов n_н = 12, 13, 14 и 15. Видно, что при данном количестве работающих насосов производительность нефтепровода составляет соответственно 1036, 1071, 1105 и 1136 м³/ч.

Рис.10.1. Совмещенная характеристика нефтепровода и насосных станций

для условий примера 10.5

1 – n_н = 12, Q = 1036 м³/ч; 2 – n_н = 13, Q = 1071 м³/ч; 3 – n_н = 14, Q = 1105 м³/ч;

4 – n_н = 15, Q = 1136 м³/ч

Таким образом, проектная производительность нефтепровода обеспечивается при работе на станциях 13 насосов.

При распределении этого количества насосов по станциям необходимо учитывать следующее: большее их число должно быть установлено на станциях, расположенных в начале трубопровода, меньшее – в конце; для удобства обслуживания линейной части четвертый и пятый перегоны между станциями должны быть примерно одинаковой длины. Таким образом, выбираем схему включения насосов на насосных станциях 3 – 3 – 3 – 2 – 2.

Пример 10.6. Для условий примера 10.5 рассчитать необходимую концентрацию противотурбулентной присадки, обеспечивающую выполнение проектной производительности нефтепровода четырьмя насосными станциями. Длина последнего участка l_п = 120 км.