МОДЕЛИРОВАНИЕ ВСТАВКИ И ЛУПИНГА ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ НЕФТЕПРОВОДА. - Студенческий научный форум

IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВСТАВКИ И ЛУПИНГА ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ НЕФТЕПРОВОДА.

Магамадов М.С. 1
1Донской Государственный Технический Университет
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Данная работа посвящена моделированию вставки и лупинга при увеличении пропускной способности нефтепровода. Для реализация цели были решены следующие задачи:

– разработан алгоритм расчета длины вставки при заданных параметрах трубопроводов и пропускной способности;

– разработан алгоритм расчета длины лупинга при заданных параметрах трубопроводов и пропускной способности;

– разработан листинг программ в системе Maple расчета и графического представления данных.

1 Способы увеличение пропускной способности нефтепровода

1.1 Определяющие соотношения гидравлического течения нефти

Основными гидравлическими уравнениями для расчетов установившихся течений однородной несжимаемой жидкости в трубопроводе является уравнение Бернулли:

где – давление в произвольных сечениях с координатами ;

z1, z2– высотные отметки рассматриваемых сечений.

Величина z – называется геометрическим напором или удельной потенциальной энергией положения, как показано на рисунке 1.

Отношение p /ρg называется пьезометрическим напором или удельной потенциальной жидкости давления.

– эта величина называется скоростным напором

– потери напора (энергии) при движении жидкости на рассматриваемом участке трубопровода.

Рисунок 1 – Геометрическая интерпретация уравнения Бернулли

Средняя скорость потока определяется отношением объемного расхода Qк площади живого сечения потока [2].

Отсюда:

. (1.2)

Если сечение трубопровода с внутренним диаметром d полностью занято жидкостью, то ее расход определяется как:

При движении реальной жидкости снижение удельной энергии потока происходит в направлении движения. Линия гидравлического уклона представляет зависимость полного напора от координаты вдоль оси трубопровода.

Безразмерную величину i, определяющую уменьшение напора на единицу длины L трубопровода, называют гидравлическим уклоном:

Для трубопровода с постоянным диаметром существует следующее равенство:

Размерность всех слагаемых в уравнении (2.1) линейная – метры. Иногда гидравлический уклон измеряют в м/км, то есть в метрах падения напора на 1 км протяженности трубопровода (1 м/км соответствует i = 0001).

Потери напора на участке 1-2 трубопровода состоят из двух частей: потерь напора на трение и потерь напора на преодоление местных сопротивлений :

Потери напора на трение можно найти по формуле Дарси-Вейсбаха [10]:

где λ – коэффициент гидравлического сопротивления трению или коэффицеинт Дарси-Вейсбаха;

L – длина расчетного участка трубопровода.

Потери напора на преодоление местных сопротивлений рассчитываются по формуле Вейсбаха:

где – коэффициенты местных сопротивлений.

Например, один сварной стык двух труб обеспечивает следующие значение коэффициента:

где ∆ – высота сварного шва.

По всем местным сопротивлениям, имеющимся на расчетном участке, производится их сложение. Потери напора в местных сопротивлениях обычно составляют 2 % от потерь напора на трение. Поэтому ими пренебрегают или учитывают приблизительно.

Применение вставки и лупинга в случае, когда необходимо увеличить пропускную способность с сохранением прежнего напора перекачивающей станции целесообразно, поскольку на участках с лупингами и вставками потери напора и значения гидравлического уклона меньше, чем в основной магистрали.

1.2 Метод вставки

Вставкой – это трубопроводный сегмент (ВС), как правило, большего диаметра, чем основная магистраль. Вставка подключается последовательно к магистрали с целью снижения гидравлического сопротивления и увеличения пропускной способности в соответствии с рисунком 2 [1,3].

A B C

Рисунок 2 – Участок трубопровода со вставкой

Для вставки: справедливы соотношения:

– расходы нефти в основной магистрали и во вставке одинаковы:

(1.2.10)

– потери напора на общем участке из потерь в каждом из последовательно соединенных трубопроводов:

(1.2.11)

Тогда, пренебрегая потерями на местное сопротивление, с учетом (1.3) и (1.7) получим следующую систему уравнений:

где L1, ,, , и −длины и внутренние диаметры составляющих сегментов;

– коэффициенты гидравлического сопротивления в составляющих сегментах

средняя скорость движение потока в соотвествующих сегментах

2.3 Метод лупинга

Лупинг – это дополнительный трубопровод, который применяется для увеличения пропускной способности нефтепровода. Его прокладывают параллельноосновной магистрали и соединяют с ней в двух сечениях: начальном x1и конечном - x2, рисунок 3.

Рисунок 3 Схема участка трубопровода с лупингом

Для лупинга справедливы соотношения:

(1.3.13)

Они означают, что при разделении (или слиянии) потоков жидкости в точках разветвления расходы q1 и q1 складываются, а потери напора h(1)1-2 и h(2) 1-2 в каждом из параллельно соединенных трубопроводов приравниваются.

В развернутом виде система уравнений (1.3.13) имеет вид:

Эта система служит для определения двух неизвестных: и – скоростей течения жидкости в каждой из ветвей трубопровода.

Коэффициент вычисляется с учетом числа Рейнольдса Reпо следующим правилам.

Если течение нефти в трубопроводе – ламинарное то используется формула Стокса:

Если Re> 2300, то применяется формула Альтштуля, справедливая в широком диапазоне чисел Рейнольдса, начиная от 104 до 106 и выше:

где k – коэффициент шероховатости внутренней поверхности трубопровода.

Число Рейнольдса вычисляется по формуле [2]:

где: v – кинематическая вязкость, м/сек.

2 Расчетные модели

2.1 Постановка задачи

По участку нефтепровода с длиной L = 125 км, диаметром D = 530x7 мм, k = 0,2 мм, транспортируется нефть с расходом Q = 1000 м3/ч, коэффициент кинематической вязкости v = 8 cCт. Провести моделирование вставки и лупинга целью увеличении пропускной способности нефтепровода без повышение напора перекачивающей станции. Использовать трубы для вставки:

D1 = 720x10 мм, k1 = 0,15 мм; для лупинга: D = 530x7 мм, k = 0,2 мм; D1 = 720x10 мм, k1 = 0,15 мм.

По горизонтальному

2.2 Моделирование вставки

Для решения системы (2.12) определим необходимые параметры согласно Листингу А.1.

1. Внутренний диаметр, пропускная способность и средняя скорость течения нефти в основной магистрали будут:

d = D– 2δ (2.1)

d = 0,516 м.

Секундный расход нефти:

Q = 1000/3600 = 0,278 м3/с.

Скорость движения нефти при данном расходе согласно формуле (1.3):

2. Находим число Re и согласно полученной скорости движении нефти по (1.3.17):

При и выше для расчета справедлива формула Альтштуля (1.3.16).

3. Потери напора в магистрали (без вставки) по формуле (1.7):

4. Обозначим длину вставки х, длину первого участка, потери напора и скорость движения нефти в первом участке соответственно L–x, h1, , а во втором участке соответственно h2, . Тогда, уравнением баланса напора будет:

С учетом (2.1), (2.2) получим зависимость длины вставки от пропускной способности магистрали q:

Согласно Листингу А.2 и (2.4) на рисунке 4 показан график зависимости длины вставки от абсолютного значение пропускной способности. На рисунке 6 представлен график зависимости длины вставки от относительного увеличения пропускной способности в соответствии с Листингом А.3.

Рисунок 4 – Зависимость длины вставки от пропускной способности

Рисунок 5 – Зависимость длины вставки от относительного увеличения

пропускной способности

Результаты показывают, что для увеличения пропускной способности нефтепровода на 20% требуется вставка длинной 45662 м. Увеличение пропускной способности на 100% потребует замены практически всего трубопровода.

2.3 Моделирование лупинга

В случае лупинга магистраль можно рассматривать так же состоящей из двух участков – без лупинга и с лупинга. Обозначим длину лупинга х. Уравнение баланса напора будет определятся аналогично (2.3). Согласно Листингу А.4 связь между длиной лупинга с диаметром 0,7 м и пропускной способностью будет:

На рисунке 6 представлена графическая зависимость длины лупинга от пропускной способности.

Рисунок 6 – Зависимость длины лупинга от пропускной способности нефтепровода

На рисунке 7 показана зависимость длины лупинга от относительного увеличения пропускной способности нефтепровода.

Рисунок 7 – Зависимость длины лупинга от относительного увеличения

пропускной способности нефтепровода

В этом случае результаты показывают что для увеличения пропускной способности нефтепровода на 20% требуется лупинг длинной 37657 м.

Для увеличения пропускной способности на 100% потребуется лупинг длиной 100 км.

На рисунках 8 и 9 представлены результаты моделирования лупинга с внутренним диаметром 0,516 м т.е. с диаметром, равным диаметру основной магистрали.

Рисунок 8 – Зависимость длины лупинга с диаметром 0,516 м от пропускной способности нефтепровода

Рисунок 9 – Зависимость длины лупинга с диаметром 0,516 м от относительного увеличения пропускной способности нефтепровода

В этом случае для увеличения пропускной способности нефтепровода на 20 % требуется лупинг длинной 47438 м.

Таким образом, при одинаковом увеличении пропускной способности, длина лупинга с трубой большего диаметра в 1,25 раза меньше, по сравнению с трубой меньшего диаметра. С другой стороны, при одинаковых диаметрах труб длина вставки так же в 1,25 раза больше длины лупинга. Выбор метода увеличения пропускной способности таком случае определяется экономическими расчетами.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Алиев Р.А. Трубопроводный транспорт нефти и газа. / Белоусов В.Д, Немудров А.Г. - М.: Недра, 1988–368 с.

  2. Тетельман В.В., Язев, В.А. Магистральные нефтегазопроводы. Учебное пособие/ Тетельман В.А., Язев В.А. – Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2013 – 352 с.

  3. Лурье М.В. Сборник задач по трубопроводному транс- порту нефти, нефтепродуктов и газа// - М.: Нефть и газ, 1995.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Листинги программ в системе Maple

Листинг А.1 – Программа расчета характеристик основной магистрали

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

Листинг А.2 ­­– Определение в зависимости длины вставки от пропускной способности

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

Листинг А.3 – Программа определение зависимости длины вставки от относительного увеличения пропускной способности.

>

>

>

>

>

>

Листинг А.4 – Определение длины лупинга с диаметром 0,7 м при увеличении пропускной способности нефтепровода

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

Листинг А.5 – Программа определение зависимости длины лупинга от относительного увеличения пропускной способности

>

>

>

>

>

>

Листинг А.6 – Определение длины лупинга с диаметром 0,516 м при увеличении пропускной способности нефтепровода

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

Листинг А.7 – Программа определение зависимости длины лупинга с диаметром 0,516 м от относительного увеличения пропускной способности

>

>

>

>

>

>

Просмотров работы: 1429