МАГИСТРАЛЬНЫЕ НЕФТЕПРОВОДЫ

Гидравлические особенности расчета нефтепровода при последовательной перекачке нефтей

Особенности гидравлического расчета последовательной перекачки нефтей связаны с тем, что в трубопроводе одновременно находится несколько нефтей с разными вязкостями и плотностями. Из-за последовательной транспортировки нескольких нефтей параметры эксплуатации отдельных участков нефтепровода постепенно меняются. Если различия в плотностях и вязкостях нефтей невелики, то перемещение партий практически не влияет на гидравлические характеристики нефтепроводной системы. Если же эти различия существенны, то в трубопроводе могут возникать затруднения, связанные с падением КПД работы нагнетательных агрегатов, проявлением волн давления в момент прохождения партий через перекачивающие станции, возникновением или исчезновением безнапорных участков, а также с необходимостью управления параметрами работы насосов для сохранения наименьших допустимых значений подпоров перед станциями и недопущения перегрузок в нагнетательных линиях.

Если на участке трубопровода происходит замещение одной нефти другой, а вязкости и плотности этих жидкостей имеют отличия друг от друга, то уравнение Бернулли в стандартном виде неприменимо. Предполагая процесс вытеснения нефтей практически стационарным (или как говорят, квазистационарным) и игнорируя протяженностью зоны смешения (x_c), запишем уравнения Бернулли для участков (x₁, x_c) и (x_c, x₂) нефтепровода, занятых соответственно нефтью №1 и №2:

Убрав из этих зависисмостей давление p_c в месте соприкосновения партий, получается обобщенное уравнение Бернулли для анализируемого случая:

Если же исключить из уравнений высотную отметку z_c, получим еще одну зависимость:

При игнорировании потерь напора на местных сопротивлениях величины h_1-c и h_c-2 обозначают здесь потери напора на участках (x₁, x_c) и (x_c, x₂) соответственно: где L_1-c, L_c-2 - длины этих участков.

Уравнения служат для определения скорости u перекачки и давления p_c в месте контакта нефтей соответственно и могут быть записаны в терминах напоров:

Из 2-го уравнения следует, что разница напоров (H₁ - H₂) между началом и концом нефтепровода не равняется суммированному значению гидравлических потерь на участках, которые заполнены 1-ой и 2-ой нефтью; она содержит еще одно слагаемое, определяемое разностью плотностей транспортируемых нефтей (см. рисунок выше). Это означает, что напор H(x), представляемый линией АСДВ гидравлического уклона, не является сплошным; в месте соприкосновения нефтей имеет место разрыв СД. Значение этого разрыва называется скачком напора:

• Скачок напора ΔН = 0, если ρ₁ = ρ₂, т.е. плотности нефтей равны;
• Cкачок ΔН < 0 (скачком снижается напор), если ρ2 > ρ1, т.е. нефть с меньшей плотностью вытесняет нефть с большей плотностью;
• Cкачок ΔH > 0 (напор скачком увеличивается), если ρ2 < ρ1, т.е. более плотная нефть вытесняет менее плотную.

Присутствие на линии гидравлического уклона скачков напора приводит к тому, что при проходе границы контакта нефтей с разными плотностями и вязкостями через промежуточную перекачивающую станцию режим ее эксплуатации меняется, и в нефтепроводе формируются волны давления, которые распространяются вверх и вниз по потоку.