МАГИСТРАЛЬНЫЕ НЕФТЕПРОВОДЫ

Нефтепроводы с промежуточными перекачивающими станциями

Нефтепроводы преимущественно имеют промежуточные перекачивающие станции, которые необходимо располагать там, где потери напора, вызванные преодолением сил взаимного вязкого трения слоев нефти, выравниваются с напором, который развивает предыдущей перекачивающей станцией. Для этого применяются 2 основные схемы перекачки:

• из насоса в насос;
• с подключенными резервуарами.

При перекачивании по схеме из насоса - в насос окончание предыдущего сегмента между станциями будет началом всасывания последующей перекачивающей станции. При подобной схеме сегменты нефтепровода между перекачивающими станциями расположенными друг за другом будут в гидравлическом отношении жестко взаимосвязанными - любое отклонение в режиме эксплуатации одного сегмента оказывает влияние на режим работы всей системы нефтепровода.

При перекачивании с подключенными резервуарами прием нефти с предыдущего сегмента нефтепровода осуществляется в резервуары промежуточной станции, с последующей закачкой принятой нефти из резервуаров в трубопровод следующего участка нефтепровода. При подобной схеме участки нефтепровода между перекачивающими станциями расположенными последовательно являются независимыми (или почти независимыми) в гидравлическом плане друг от друга - на предыдущем участке может случится авария, а следующие по ходу транспортировки участки будут эксплуатироваться за счет нефти аккумулированной ранее в резервуарах промежуточных перекачивающих станций.

На магистральных нефтепроводах эти схемы, как правило, чередуются друг с другом: несколько сегментов, которые работают по схеме из насоса - в насос, укрупняются в один эксплуатационный участок, а эксплуатационные участки взаимодействуют посредством подключенных резервуаров. Это делает возможным сочетание преимуществ транспортировки по схеме из насоса - в насос (экплуатационное удобство и простота) с достоинствами перекачки посредством подключенных резервуаров (гидравлическая гибкость работы, большая надежность).

Для такого нефтепровода с промежуточными станциями, которые работают по схеме из насоса - в насос (на рисунке выше) в случае отсутствующих подкачек и сбросов нефти применимы уравнения баланса напоров для каждого участка:

Подпор h_п1 перед 1-ой станцией и оставшийся в конце трубопровода напор h_к являются исходными данными.

Совокупность уравнений баланса напоров для каждого участка является системой n алгебраических уравнений для n неизвестных значений; Q, и h_п2,..,h_пn.

Из системы уравнений баланса напоров для каждого участка, выполнив почленное сложение, извлекаем важное следствие, которое называется уравнением баланса напора всего трубопровода:

или

Уравнение баланса напора всего трубопровода содержит единственную неизвестную - расход перекачки Q. Решить задачу геометрически - значит отыскать абсциссу точки, в которой 2 кривые, называемые суммарными (Q - H)-характеристиками всех станций и трубопровода, пересекаются: Точка (Q*, H*) пересечения характеристик H(1) - рабочая точка трубопровода, абсцисса которой есть расход перекачки. Из системы уравнений вытекает не единственное следствие. После того, как расход перекачки Q* определён, можно вычислить подпоры hп2,..,hпj перед каждой из промежуточных станций нефтепровода и, как следствие, значения давлений в приемных и нагнетательных трубопроводов этих станций. Так, перед 2-ой перекачивающей станцией данные величины имеют вид: Сложив по аналогии первые s уравнений системы, запишем:

Совмещенные (Q - H)-характеристики перекачивающих станций и нефтепровода

Чтобы нефтепровод работал требуется соблюдение двух обязательных ограничений:

1. Все значения подпора h_пs (или давления p_sв) перед перекачивающими станциями (промежуточными и конечной) нефтепровода должны превышать некоторую конкретную величину h_⊗ (или p_sв > p_⊗ = ρgh_⊗), так называемого кавитационного запаса, который гарантирует нормальное функционирование центробежных насосных агрегатов.
2. Значения давления p_sн на нагнетании насосов в начале каждого сегмента нефтепровода должны быть не выше некоторого максимально допустимого значения p_⊗⊗, которое зависит от прочности трубной продукции на данном участке.

То есть, требуется, чтобы решения системы уравнений соответствовали ограничениям ниже:

При этом величина давления и в других участках нефтепровода (особенно в нижних точках его профиля) не может быть выше p_⊗⊗s.

Таким образом, соответствующим является не каждое решение уравнения, а только то, для которого выполняются условия неравенства, называемые условиями согласования, что накладывает достаточно жесткие ограничения на решения при проектировании и режимы работы нефтепровода при его эксплуатации.