книги / Трубопроводный транспорт нефти и газа

гидравлический расчет системы для всех возможных комбинаций включения отводов для определения расходов в отводах и основной магистрали при различных вариантах. Для этого решается система уравнений баланса напоров и расходов в каждом узле системы нефтепродуктопроводов. Эти уравнения для /-го узла варианта включения отводов имеют вид

ского сопротивления /-го участка и /-го отвода; lik, dik — соответст­ венно длина и диаметр /-го участка; Qik — расход на участке между (Z—1) и Z-м включенными отводами; g — ускорение свободного паде­

Запланированные объемы поставки нефтепродуктов на /-ю нефте­ базу Vt за время Т, продолжительность работы tk при k-u варианте включения отводов связаны с расходами qt выражениями:

— V план-

Задачу решают на ЭВМ подбором различных сочетаний расходов в отводах, диаметров магистрали, отводов и напоров. В результате уточняют параметры разветвленного нефтепродуктопровода, разме­ щение насосных станций и оптимальную схему включения отводов, обеспечивающую доставку нефтепродуктов на нефтебазы в минималь­ ные сроки. Число циклов и объем партий нефтепродуктов для раз­ ветвленных нефтепродуктопроводов определяют исходя из мощности НПЗ, потребности нефтебаз, наличия резервуарной емкости на нефте­ базах с учетом принятой схемы эксплуатации разветвленной системы. При этом может оказаться, что на отдельных нефтебазах потребуется установка дополнительного числа резервуаров, чтобы обеспечить снаб­ жение потребителей при соблюдении оптимального числа циклов по­ следовательной перекачки.

2 П

6.6. РАСЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ НЕФТЕПРОДУКТОПРОВОДА ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ПЕРЕКАЧКЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ С РАЗНОЙ в я з к о с т ь ю

В трубопроводе большой протяженности с промежуточными насос­ ными станциями обычно находится несколько чередующихся партий нефтепродуктов, так как объем каждой партии в несколько раз меньше объема всего трубопровода. Так, в магистральном нефтепродуктопроводе протяженностью 1000 км могут одновременно находиться 5—6 партий разнородных нефтепродуктов, например бензин и дизельное топливо. Пропускная способность такого трубопровода будет ограни­ чиваться (лимитироваться) пропускной способностью одного из участ­ ков, занятого партией более вязкого нефтепродукта. И хотя на участ­ ках, занятых менее вязким нефтепродуктом, будет при этом оста­ ваться неиспользуемый напор, передать его на участки с более вяз­ ким нефтепродуктом полностью не удается из-за ограничения макси­ мального давления в трубопроводе прочностью труб. По мере пере­ мещения партий нефтепродуктов по трубопроводу лимитирующая пропускная способность может изменяться.

Определить максимальную пропускную способность трубопровода с промежуточными насосными станциями в этом случае можно мето­ дом последовательных приближений, который заключается в следую­ щем. При известном расположении партий нефтепродуктов, полагая включенными все насосы на насосных станциях, из уравнения баланса давлений определяют пропускную способность трубопровода (нуле­ вое приближение). Затем при найденной таким образом пропускной способности проверяют выполнение ограничений по максимальному давлению нагнетания после каждой насосной станции и по минималь­ ному давлению подпора перед каждой насосной станцией, начиная с первой.

При первом же невыполнении этих ограничений давление на дан­ ной насосной станции принимают равным предельно допустимому и определяют новое значение пропускной способности, после чего по­ вторяют процедуру проверки ограничений. В результате расчета оп­ ределяют «лимитирующий» участок трубопровода, где давления на­ гнетания и подпора равны предельно допустимым и определенная для этого случая пропускная способность всего трубопровода будет максимально возможной при данном расположении партий нефтепро­ дуктов.

Предлагаемая методика расчета максимальной пропускной спо­ собности нефтепродуктопровода путем последовательных приближе­ ний позволяет определить «лимитирующую» пропускную способность и «лимитирующий» участок на каждом шаге перемещения партий нефте­ продуктов.

Продолжительность движения Т по нефтепродуктоироводу любой «отмеченной» границы раздела нефтепродуктов в этом случае может быть определена суммированием продолжительности замещения на каждом шаге расчета А/; при известной и постоянной на этом шаге максимальной пропускной способности Q*.

2 1 2

При последовательной перекачке бензина, дизельного топлива разных сортов можно ограничиться рассмотрением двух групп нефте­ продуктов, существенно различающихся по вязкости и плотности. Если перекачивается один нефтепродукт или несколько нефтепродук­ тов с одинаковыми вязкостями и плотностями или нефть одного сорта по нефтепродуктопроводу, то эта методика позволяет определить его максимальную пропускную способность.

Пропускную способность на каждом шаге расчета при известном расположении партий нефтепродуктов с разными вязкостями опреде­ ляют из уравнения баланса давления для «стволового» трубопровода с п насосными станциями, на которых установлено по kL насосов, включенных последовательно:

начальной партии нефтепродукта, закачиваемого в трубопровод, и его плотность; /к, р« — соответственно протяженность конечной партии нефтепродукта, принимаемой из трубопровода в резервуар, и его

Потерю давления на преодоление разности геодезических отметок для участка трубопровода с равномерным уклоном при перекачке двух нефтепродуктов с разными плотностями можно записать следующим образом (рис. 6.11):

! ? б 1 б + Р а ( L — l E ) ] g t g a = Р л ё & г + ( р Б — р л ) А г 1 Б И ■

Если профиль трассы трубопровода более сложный, то он может быть условно разделен на участки с примерно равномерными укло­ нами и величина р2 такого трубопровода при известном расположении партий нефтепродуктов определится суммой потерь давления на от­ дельных участках.

Ограничения на давления до и после k-й насосной станции можно записать в следующем виде:

где рст i — давление, развиваемое t'-й насосной станцией; рщ— потери давления на г'-м участке трубопровода.

213

Рис. 6.11. Схема, иллюстрирую­ щая вычисление величины p z

В качестве нулевого приближения принимается пропускная спо­ собность Q0, определяемая по уравнению (6.27) при давлении в начале первого линейного участка ри, при давлении в конце трубопровода (в конце последнего линейного участка) р п+1 == р к и при отсутствии дросселирования давления. Затем при определенной таким образом пропускной способности Qo проверяют выполнение ограничений (6.28) по давлению перед k-й насосной станцией и давлению после k-й на­ сосной станции, начиная с первой насосной станции. Если давление подпора перед какой-либо насосной станцией р ; <Lpm\n и не удовлет­ воряет ограничению (6.28), то оно принимается равным pmin ( p i = /5mjn) и вновь определяется пропускная способность на участке от первого линейного участка до этой насосной станции. Если давление нагнета­ ния после k-й станции больше /7тах, то оно принимается равным ртах и по уравнению (6.27) определяется новое значение пропускной спо­ собности Qr для участка от этой насосной станции до конца трубопро­ вода и в дальнейших расчетах учитывается лишь меньшее значение.

Если нефтепродуктопровод без промежуточных насосных станций, то различие вязкостей нефтепродуктов будет влиять на изменение пропускной способности в период замещения нефтепродуктов и про­ должительность этого замещения (рис. 6.12). Когда нефтепродукт вязкостью vA и плотностью рл замещается в начале нефтепродуктопровода с одной насосной станцией, оборудованной центробежными насосами, другим нефтепродуктом вязкостью v B и плотностью QB, то по мере перемещения зоны раздела этих нефтепродуктов пропуск­ ная способность последовательной перекачки будет изменяться от QA в момент начала замещения до QB в момент окончания замещения (рис. 6.13). Такое изменение пропускной способности будет происхо­ дить из-за неодинаковых потерь напора на преодоление гидравличе­ ского сопротивления на участках, занятых перекачиваемыми нефте­ продуктами. При этом если > v fi, то пропускная способность пере­ качки будет увеличиваться, а если v 4 О д — уменьшаться. Уравне­ ние баланса давлений для этого случая (только одна головная насос­

214

режимов перекачки бензина и дизельного топлива ошибка в опреде­ лении пропускной способности последовательной перекачки и про­ должительности замещения достигает 15 %.

6.7. ПРИЕМ И РЕАЛИЗАЦИЯ СМЕСИ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА КОНЕЧНОМ ПУНКТЕ НЕФТЕПРОДУКТОПРОВОДА

Образующаяся в нефтепродуктопроводе смесь перекачиваемых после­ довательно нефтепродуктов принимается, как правило, в конечном пункте нефтенродуктопровода и реализуется одним из следующих способов: добавляется в допустимых количествах к соответствующим нефтепродуктам; отправляется на ближайший НПЗ в качестве сырья для переработки совместно с нефтью.

Нефтепродукты, поступающие с НПЗ, имеют, как правило, неко­ торый «запас качества» по отдельным показателям, например, по тем­ пературе конца кипения и октановому числу для бензинов, по темпе­ ратуре вспышки для дизельного топлива и т. п. Этот «запас качества» необходим для компенсации возможного ухудшения качественных характеристик топлив при их транспорте и хранении.

Поскольку с конечного пункта нефтепродуктопровода нефтепро­ дукты поступают в большинстве случаев к потребителям, оказывается возможным использовать имеющийся у них «запас качества» для до­ бавления к ним смеси соответствующих нефтепродуктов в небольших количествах, определяемых допустимыми концентрациями примеси одного нефтепродукта к другому, которые предполагаются извест­ ными в результате проведенных анализов нефтепродуктов и их смесей или в результате предварительных расчетов.

Технология приема смеси из нефтепродуктопровода в резервуары конечного пункта определяется свойствами компонентов смеси, запа­ сом качества и количеством нефтепродуктов в резервуарах.

При большом объеме резервуаров с нефтепродуктами и значитель­ ном «запасе качества» у них иногда можно всю смесь прямо из нефте­ продуктопровода распределить по резервуарам с перекачиваемыми нефтепродуктами.

Смесь разносортных нефтепродуктов, например бензина и дизель­ ного топлива, обычно делят на две части и принимают в два отдельных резервуара (рис. 6.15). Та часть смеси, в которой меньше бензина, получила название легкого дизельного топлива, а другая часть смеси, в которой больше бензина,— тяжелого бензина.

Тяжелый бензин добавляют затем в допустимых количествах к то­ варному бензину за счет запаса качества у него по концу кипения и другим показателям. Легкое дизельное топливо добавляют к дизель­ ному топливу, используя запас качества у него по температуре вспышки и другим показателям. При этом в зависимости от состава смеси и запаса качества в резервуарах соответствующих товарных нефтепродуктов составляется карта смешения с указанием, сколько и какой смеси можно добавить в резервуар с конкретным нефтепро­ дуктом. При подходе зоны смеси к конечному пункту ее головная часть направляется в резервуар с замещаемым нефтепродуктом, хво-

2 1 7

я

1,0

0,8

D

Рис. 6.14. Графики для сопоставления расчетов продолжительности аамещения по уравнениям (6.31) (/) и (6.32) ( 2 ) при перекачке бензина и дизельного топлива в трубопроводе диаметром 359 мм

Начальное условие для уравнения (6.31) имеет вид у (0) = 0. Уравнение (6.31) позволяет определить изменение расхода в трубо­ проводе без промежуточных насосных станций и продолжительность замещения в нем нефтепродуктов с разными вязкостями и плотностями. Уравнение (6.31) допускает параметрическое решение, так как не за­ висит в явном виде от аргумента т. Если замещаемый и замещающий нефтепродукты перекачиваются в зоне гидравлически гладких труб по горизонтальному трубопроводу (Ад = 0), то (6.31) принимает бо­ лее простой вид

Из сопоставления расчетов по «точному» уравнению (6.31) и упро­ щенному уравнению (6.32) для случая последовательной перекачки бензина и дизельного топлива по трубопроводу диаметром 359 мм и длиной 170 км (рис. 6.14) видно, что при расчете без учета различия

216

Рис. 6.12. Схема замещения нефте­ продуктов в трубопроводе без про­ межуточных насосных станций

Рис. 6.13. Совмещение характеристик насосной станции и трубопровода при последовательной перекачке:

Перейдем в (6.29) к относительному расходу q и времени т по ус­ ловиям

С учетом (6.30) величину 1Б (t) в уравнении (6.29) представим в виде

Функция у (т) в уравнении (6.31) представляет собой относитель­ ный объем трубопровода, заполненный к моменту времени т заме­ щающим нефтепродуктом, и изменяется в пределах 0 < £ < 1-

215

Рис. 6.15. Схема приема сме­ си разносортных нефтепродук­ тов — бензина и дизельного топлива:

1 — дизельное топливо; 2 — «лег­ кое» дизельное топливо; 3 — «тяже­

стовая часть — в резервуар с замещающим нефтепродуктом, а осталь­ ная основная часть смеси принимается в отдельный резервуар. Допу­ стимое количество нефтепродукта Б, которое можно принять вместе со смесью в резервуар с нефтепродуктом А, определяется исходя из «запаса качества» замещаемого нефтепродукта и его количества в ре­ зервуаре с нефтепродуктом А . Момент переключения задвижек у ре­ зервуаров для отсечки головной части смеси от остальной ее части оп­ ределяют по графику изменения концентрации смеси по ее длине, измеряемой прибором контроля. Аналогично поступают и при от­ сечке хвостовой части смеси в резервуар с нефтепродуктом Б.

На конечном пункте устанавливают обычно два прибора контроля,

Зная допустимые количества примеси в резервуарах с нефтепродук­ тами А и Б, по графику изменения концентрации по длине зоны смеси, измеренной первым прибором, определяют графическим интегрирова­ нием моменты отсечки головной и хвостовой частей смеси и соответст­ вующие им значения мгновенной концентрации смеси. Как только второй прибор контроля в момент прихода смеси на конечный пункт зарегистрирует эти значения концентраций отсечки, переключают задвижки перед соответствующими резервуарами и ведут прием смеси в соответствии с принятой схемой ее реализации. Если режим пере­ качки соответствует расчетному и можно ожидать, что распределение концентраций по длине зоны смеси будет следовать формуле (6.27), то концентрации отсечки головной и хвостовой частей смеси можно определить следующим способом.

Если известно время (t 2—t j), в течение которого в резервуар с нефтепродуктом А будет поступать головная часть смеси, то коли­

где Q — пропускная способность трубопровода, принимается постоян­ ной в период приема смеси.

Подставив в (6.33) значения СБ (t) из формулы (6.27) и проинтег­ рировав, получим

218

l ' c = “ И [ ‘ - е г ' Т ( ' - т ) P eO S] < " “

л

где VРА — количество нефтепродукта в резервуаре А ;

отбрасывании составляет всего лишь 0,1 %. При этом допущении по­ лучим

где

l A - V t A V p A ^ ) -

Если известно время (i4—/3), в течение которого в резервуар с нефтепродуктом Б будет поступать хвостовая часть смеси, то коли­

210

Сб (2з) --=-^-(1—erfza).

Функции (6.35) и (6.37) представлены на рис. 6.16 в виде семейства кривых с параметрами £А и %,Б. Зная допустимые концентрации при­ меси к нефтепродуктам СБРА и САРБ, а также параметры t,A и можно с помощью графика на рис. 6.16 определить значения мгно­ венных концентраций смеси в трубопроводе СБ2 и СБЯ, при которых следует переключать резервуары. На оси ординат находят точки,

Затем из точек пересечения проводят вертикальные прямые до

принята в резервуары с нефтепро­ дуктами А и Б, а переключать эти ре­

зервуары можно при любом значении

концентрации смеси в трубопроводе в диапазоне СБ2— СБ3. В этом случае

220