МАГИСТРАЛЬНЫЕ НЕФТЕПРОВОДЫ

Расчет укрупненных технологических параметров нефтепроводной системы

После выбора диаметра трубопровода, количества и расположения каждой перекачивающей станции и насосного оборудования для каждой перекачивающей станции выполняется полный гидравлический расчет трубопровода с промежуточными перекачивающими станциями. В основе оптимизационного расчета лежит простой метод, основанный на двух системах алгебраических уравнений, представляющих баланс перекачиваемого нефтяного материала и баланс общего напора, необходимого для перекачки:

В первом приближении исходная система уравнений может быть записана более просто, если предположить, что все насосные станции имеют одинаковый тип:

Из второго уравнения, входящего в состав системы уравнений, может быть оределено число перекчивающих станций:

Обратите внимание, что в последнем уравнении внутренний диаметр трубы, d, заранее не известен. Число n может быть не целым. Если это число округлить до числа, большего, чем первое найденное целое число, то может оказаться, что гидравлический напор на станции может быть меньше максимально допустимого гидравлического напора, определенного условиями прочности трубы.

Система уравнений может быть использована несколькими способами. Здесь представлено одно из возможных применений. В качестве независимых и зависимых переменных выбираются количество насосных станций n и перепад гидравлического напора H_ст, создаваемый каждой насосной станцией. Независимые переменные входят в систему уравнений только как произведение друг на друга, и поскольку заранее очевидно, что количество станций минимально, значение H_ст выбирается как можно большим. Уравнение можно рассматривать как систему двух алгебраических уравнений для определения пропускной способности Q и внутреннего диаметра d нефтепровода.

Эта система решается в следующем порядке:

1. Сначала выбирается одно из возможных значений (начиная с минимального) наружного диаметра D_s нефтепровода: D ∈ {0,219, 0,273, 0,325, 0,377, 0,426, 0,530, 630, 720, 820, 1020, 1220} мм.
2. Используя давление на станции, определяемое следующим образом: p_н = pg(h_п + H_ст) и выбранный из условия прочности диаметр D_s, рассчитывается толщина стенки нефтепровода δ_s.
3. Определяется внутренний диаметр нефтепровода, d_s, как разность между d_s = D_s - 2δ_s.
4. Из решения второго уравнения системы, левая часть которого известна, вычисляется расход насоса Q.
5. Из первого уравнения системы определяется годовое время работы Т трубопровода, которое сравнивается с нормативным сроком Т_⊗, установленным для данного трубопровода:
   • если Т > Т_⊗, то расчет повторяется снова, переходя к следующему наибольшему диаметру трубы;
   • если Т ≤ Т_⊗, то расчет считается законченным и найденный диаметр принимается за диаметр одного из возможных вариантов трубопроводной системы.

Другими словами, в результате гидравлического расчета, выполненного на основе суммарного показателя, получаем d = φ(n, H_ст), δ = ψ(n, H_ст), Q = ω(n, H_ст), T = θ(n, H_ст) и теперь можно переходить к экономическому расчету выбранного преобразования.

Конечно, приведенные выше расчеты менее точны, чем полный гидравлический расчет нефтепровода, который учитывает многие специфические детали этого трубопровода, но эти ошибки мало влияют на общие результаты оптимизации.

Выбранные параметры также могут быть улучшены путем проверочных расчетов на более поздней стадии проектирования.