Насосных станций и нефтепровода

Регулирование совместной работы трубопровода и насосных станций осуществляется следующими методами:

· изменением количества работающих насосов;

· применением сменных роторов или обточки рабочих колес;

· изменением частоты вращения вала насоса;

· дросселированием;

· байпасированием (перепуск части жидкости из напорной во всасывающую линию);

· применением противотурбулентных присадок.

Регулирование работы нефтепровода изменением количества работающих насосов применяется на действующих нефтепроводах.

Регулирование с помощью сменных роторов или обточки рабочих колес применяется при округлении числа насосных станций в большую сторону (n′ > n). При этом напор каждой станции должен быть уменьшен с H_ст до , величина каждого находится по формуле

.

(3.1)

Уменьшение напора станций достигается применением рабочих колес меньшего диаметра или их обточкой. Требуемый диаметр рабочего колеса находится по формуле

,

(3.2)

где – необходимый напор одного насоса, , м.

При a = 0 формула (3.2) принимает вид

.

(3.3)

Для построения характеристики H–Q насоса с обточенным колесом используются следующие соотношения:

, ,

(3.4)

где h_мн, Q_зав – соответственно напор и подача на заводской характеристике насоса.

В зависимости от величины коэффициента быстроходности n_s обточку колес можно выполнять в следующих пределах: при 60 < n_s < 120 допускается обрезка колес до 20 %; при 120 < n_s < 200 до 15 %; при 200 < n_s < 300 до 10 % [4].

На практике обточку всех рабочих колес не производят, а решают смешанную задачу: часть роторов насосов заменяют на сменные, а часть обтачивают.

Пусть неизменными роторы остаются на n₂ станциях, суммарный напор всех насосов со сменными роторами равен H_см, а суммарный напор насосов с обточенными рабочими колесами равен H^*. Легко показать, что в этом случае

.

(3.5)

Задача заключается в том, чтобы при заданном числе насосов, оставшихся на (n′ – n₂)-станциях, подобрать такую комбинацию включения сменных роторов, чтобы необходимая обточка была минимальной.

Изменение частоты вращения ротора – прогрессивный и экономичный метод регулирования, позволяющий полностью исключить обточку рабочих колес.

Согласно теории подобия центробежных насосов параметры их работы при изменении частоты вращения ротора связаны соотношениями

; ,

(3.6)

где H₁, Q₁ – напор и подача насоса при частоте n_об1, м, м³/ч; H₂, Q₂ – то же при n_об2.

Несложно показать, что коэффициенты в уравнении напорной характеристики насоса с измененной частотой вращения ротора равны

; ; ,

(3.7)

где H₀, а, b – эмпирические коэффициенты в аналитической характеристике центробежного насоса (1,9).

При новом числе оборотов n_об2 уравнение баланса напоров имеет вид:

.

(3.8)

Уравнение (3.8) легко приводится к квадратному, решением которого является искомая величина относительного изменения числа оборотов роторов насосов:

.

(3.9)

Если регулирование осуществлять в пределах только одного эксплуатационного участка, то в формуле (3.9) под n следует понимать число насосных станций, на которых прибегли к регулированию изменением числа оборотов ротора, а под H – разность между полным напором, необходимым для ведения перекачки, и напором, развиваемым насосными станциями, на которых регулирование не производится.

Применение противотурбулентных присадок – эффективный метод уменьшения гидравлического сопротивления трубопроводов за счет гашения турбинных пульсаций. Введение присадки в поток приводит к тому, что изменяется величина коэффициента A₀ в выражении для так называемого универсального закона сопротивления

,

(3.10)

где λ – коэффициент гидравлического сопротивления при числе Рейнольдса Re; A₀ – числовой коэффициент, при отсутствии присадки A₀ = 28.

При обработке противотурбулентной присадкой величина коэффициента A₀ увеличивается. Зависимость A₀ от концентрации присадки θ_п является эмпирической и задается либо таблично, либо в виде функции. Так, для присадки CDR-102 американской фирмы «Сonoco-Dupon»

,

(3.11)

а для присадки NECADD-547 финской фирмы «Neste»

.

(3.12)

При прохождении через насосы противотурбулентные присадки разрушаются. Поэтому применять их необходимо на перегоне, обслуживаемом последней насосной станцией.

Для того, чтобы обеспечить плановую производительность перекачки количеством перекачивающих станций меньшим, чем расчетное (n′′< n), необходимо, чтобы на последнем перегоне коэффициент гидравлического сопротивления был равен (с учетом, что для магистральных насосов обычно a = 0)

,

(3.13)

где λ – коэффициент гидравлического сопротивления при перекачке нефти с расходом Q без применения присадки; λ₀ – то же при расходе Q₀, соответствующем работе насосных станций; χ – требуемое увеличение расхода насосных станций, χ = Q/Q₀; l_п – длина последнего перегона, на котором осуществляется перекачка нефти, обработанной присадкой.

Требуемая величина коэффициента при известном значении λ_п определяется как

.

(3.14)

По известной величине A(θ) из формул (3.11) или (3.12) можно найти искомую концентрацию присадки, обеспечивающую выполнение заданного объема перекачки меньшим, чем расчетное, числом насосных станций.