Автореферат (1172963), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Однако при последующей эксплуатации такого трубопроводавозникают нерациональные затраты энергии. Отсюда делается вывод, что длярешения подобных задач необходима разработка более точных и эффективных методов гидравлического расчета взаимосвязанных участков трубопровода, учитывающих полный комплекс оборудования, установленного на НПС.Критическому анализу подверглись исследования гидравлических и массообменных процессов в трубопроводном транспорте нефтепродуктов, в такназываемых многопродуктовых трубопроводах.
Отмечается вклад в эти исследования отечественных и зарубежных ученых, таких как Дж. Тейлор, В. С.Яблонский, В. И. Черникин, В. Ф. Новоселов, П. И. Тугунов, В. А. Юфин, В.И. Марон, М. В. Лурье, М. А. Нечваль, К. Д. Фролов, И.
Х. Хизгилов и др. Вкачестве недостатка расчета смесеобразования при последовательной перекачке нефтепродукта указывается на отсутствие учета первичной технологической смеси, которая образуется при переключении резервуаров с подачи втрубопровод одного продукта на подачу другого (этот процесс происходит вбезостановочном режиме и продолжается 3-7 мин). Указывается на невозможность применения теории последовательной перекачки для расчета перекачкипо трубам многокомпонентных жидкостей, таких как, например, широкаяфракция легких углеводородов (гомологов метана, начиная с С 2Н6 и выше).Отмечается отсутствие теории расчета многопродуктовых трубопроводов с13путевыми отборами и подкачками.Рассмотрено и подвержено критическому анализу положение дел в классической теории неустановившихся течений слабо сжимаемой жидкости внефтепроводах.
Дана общая характеристика теории переходных процессов,изложенной в работах Н. Е. Жуковского, Л. Алиеви, Л. С. Лейбензона. Отмечается, что классическая теория переходных процессов, построенная в предположении, что давление в ходе переходного процесса во всех сечениях трубопровода не опускается до давления упругости насыщенных паров транспортируемой жидкости, для случаев, когда переходный процесс приводит к образованию или исчезновению в трубопроводе парогазовых полостей, оказывается неприменимой. Отмечается большой вклад в развитие теории и методоврасчета переходных процессов таких отечественных ученых-нефтяников, какИ. А. Чарный, Н. А. Картвелишвили, М.
А. Гусейнзаде, В. А. Юфин, С. А.Бобровский, Л. В. Полянская, М. Г. Сухарев, Е. В. Вязунов, Л. Г. Колпаков, В.В. Жолобов, М. В. Лурье, М. В. Лисанов, С. И. Сумской и многих других.Также анализируются работы зарубежных ученых: R. A. Baltzer, A. Bergant,M. H. Chaudhry, J. A. Fox, A. H. Gibson, C. Jaeger, J. P. Th. Kalkwijk, C. Kranenburg, N. J. Marsden, M. McGarry, G.
A. Provoost, A. H. Shapiro, J. Siemons, A. R.Simpson, V. L. Streeter, J. P. Tullis, G. Z. Watters, D. J. Wood, E. B. Wylie.Теория неустановившихся течений слабо сжимаемой жидкости в трубопроводах рассмотрена, прежде всего, в связи с расчетом их аварийных режимов работы.
Отмечается, что, несмотря на то, что переходный процесс в трубопроводе, происходящий по причине аварийного отключения нефтеперекачивающих агрегатов, в разные годы изучался многими исследователями,окончательный ответ на вопрос о продолжительности аварийного отключенияагрегатов и о параметрах, от которых зависит эта продолжительность, не получен. Анализируются методы расчета аварийных режимов, связанных снарушением целостности трубопроводов, с указанием границ их применимости.
Указывается, что полноценное решение задачи об истечении жидкости14через отверстие возможно лишь на основе обобщенной теории переходныхпроцессов.Во второй главе излагается универсальный метод гидравлического расчета установившейся работы магистральных трубопроводов. Его универсальность состоит в том, что он позволяет учесть практически все основные деталипроцесса транспортировки жидкости, а также характеристики трубопроводной системы, по которой эта транспортировка осуществляется, в рамках единой математической задачи.Профиль участка трубопровода задается посредством числового массива(, ), где каждому сечению трубопровода соответствует высотная отметка профиля трубопровода.Основным элементом расчета является алгоритм решения следующейвспомогательной задачи. В произвольном сечении трубопровода известнызначения расхода и напора.
Требуется рассчитать значения −1 расхода, −1 напора и давления −1 в предыдущем сечении −1 трубопровода.Для численного решения задачи дифференциальное уравнение Бернуллизаписывается в рекуррентном виде на сегменте [−1 , ] участка: − −1= − , − −1 = 1, 2, … , ,(1)где – гидравлический уклон участка, рассчитываемый по формуле ДарсиВейсбаха = 0,5 ∙ ∙ ∙ ∙ | |⁄ ( = ( , ) – коэффициент гидравлического сопротивления, – внутренний диаметр трубопровода в сечении , – плотность транспортируемой жидкости, = 4 ∙ ⁄( ∙ 2 ) – скоростьпотока в сечении ).Расчетную схему вспомогательного алгоритма иллюстрирует рисунок 1.15Рисунок 1 – Расчетная схема вспомогательного алгоритма (а - случайнапорного течения; б - случай безнапорного, самотечного течения)В случае, когда давление жидкости в сечении трубопровода = ∙ ∙ ( − ) > у , (у – давление упругости насыщенных паров жидкости, = 9,81 кг⁄м3 – ускорение свободного падения), напор −1 в сечении −1определяется из уравнения (1).
Давление −1 = ∙ ∙ (−1 − −1 ) сравнивается с максимально допустимым давлением на данном участке трубопровода и с упругостью у насыщенных паров жидкости. Если −1 > ,алгоритм прекращает текущую итерацию. Если у < −1 ≤ , течениежидкости на всем сегменте [−1 , ] является напорным, труба заполненажидкостью полностью (рисунок 1, а). Если −1 ≤ у , результаты выполненного расчета неправомочны, поскольку внутри рассчитываемого сегмента[−1 , ] участка существуют сечения, в которых имеется парогазовая фаза(рисунок 1, б).
Часть AC [−1 , ∗ ] сегмента AB [−1 , ] трубопровода представляет собой самотечный участок, причем сечение = ∗ является его концом. Гидравлический уклон на этом интервале определяется профилем трубопровода: () = |( )| = (−1 − )⁄( − −1 ), где – угол наклонапрофиля трубопровода к горизонтали. На другой части CB [∗ , ] сегментажидкость движется полным сечением и гидравлический уклон на этом интервале равен полученному значению: () = .
Давление −1 = у .16Координата ∗ сечения, в котором давление становится равным упругости у насыщенных паров жидкости (рисунок 1, б), рассчитывается из геометрических соображений по следующей формуле:( − ) − у ⁄()∗ = +∙ ( − −1 ).( − −1 ) + ∙ ( − −1 )(2)В случае = у имеются две возможности. Если −1 ≥ , на всем протяжении сегмента [−1 , ] участка трубопровода течение жидкости происходит неполным сечением, −1 = у .
Если −1 < , на всем протяжениисегмента [−1 , ] участка трубопровода течение жидкости происходит полным сечением, поэтому расчет осуществляется по правилам расчета напорного течения.На основе описанного выше алгоритма решения вспомогательной задачи,действует основной итерационный алгоритм. Этот алгоритм реализует решение задачи о нахождении расхода жидкости на участке трубопровода с произвольным профилем, а также построении линии гидравлического уклона,если известны давление 0 в начале участка и давление в конце участка.Решение задачи строится итерационным методом (рисунок 2). В результате анализа характеристик насосов, работающих на участке, находим интервал 0 < < , в котором могут лежать значения расхода перекачки. Вэтом интервале в результате последовательных приближений получаем линию гидравлического уклона, выходящую из точки A и приходящую в точкукак угодно близкую к точке B.
Расход последнего приближения и есть решение задачи. Для него рассчитываются все параметры течения (напоры идавления во всех сечениях участка трубопровода), а также по известным формулам для безнапорного течения жидкости в трубе находятся степени заполнения самотечных участков, если таковые имеются.17Рисунок 2 – Схема итерационного алгоритма гидравлического расчетаучастка трубопроводаПредлагаемый метод позволяет учитывать широкий спектр параметровтрубопровода, допускает наличие одного или нескольких самотечных участков, местонахождение и степень заполнения которых заранее неизвестны иподлежат определению в процессе расчета.Для расчета трубопроводов сложной конфигурации (с лупингами, отводами) разработаны дополнительные алгоритмы определения расхода жидкости в ветвях лупинга, отбора или подкачки жидкости через отвод.
Для определения расхода от жидкости через отвод длиной от , диаметром от и высотной отметкой от используется зависимость:от ∙ от 2 2 ∙ ∙ отот=∙√∙ [−1 − (от +)],4от ∙ от∙(3)где от – давление в конце отвода, а от – коэффициент гидравлического сопротивления в отводе.Гидравлический расчет (т. е. расчет давлений, расходов и скоростей жидкости) трубопровода дополнен тепловым расчетом (т. е. расчетом распределения температуры), что особенно важно при перекачке нефтей и нефтепродуктов с подогревом. Для этого используется уравнение притока тепла, записываемое в рекуррентном виде как18 − −1 ∙ ∙ ∙ =−∙ (−1 − нар ) +, − −1 ∙ ∙ = 1, 2, … , .(4)Здесь и −1 – температура жидкости в сечениях и −1 , соответственно,нар – температура окружающей среды, – внутренний диаметр трубы сечении , – коэффициент теплопередачи от перекачиваемой жидкости кокружающей среде, – удельная изохорная теплоемкость жидкости.Особенностью обобщенного метода расчета установившейся неизотермической перекачки жидкости является совместное выполнение гидравлического и теплового расчета (рисунок 3).
Это позволяет учесть изменение величины гидравлического уклона по длине трубопровода за счет меняющейся поддействием температуры вязкости жидкости. Кроме того, появляется возможность помимо теплообмена жидкости с окружающей средой рассчитать выделение тепла за счет сил внутреннего трения слоев нефти друг от друга (такназываемый диссипативный разогрев), величина которого не является постоянной по длине трубопровода.Приведены примеры реализации разработанного в данной главе методатермогидравлического расчета установившихся режимов работы магистральных трубопроводов в компьютерных программах.
Пример работы одной изтаких программ приведен на рисунке 4.Данный метод расчета универсален, эффективен и удобен в реализации.В работе иллюстрируется его применимость для построения карт режимов работы эксплуатационных участков нефтепроводов. Основные положения метода расчета установившихся режимов работы магистральных трубопроводовтакже изложены в работах автора [4 – 6, 14, 16, 17].19Рисунок 3 – Схема итерационного алгоритма расчета установившегосянеизотермического режима работы нефтепроводаРисунок 4 – Результаты расчета нефтепровода с промежуточными НПС,выполненного на основе итерационного алгоритмаВ третьей главе выполнено обобщение теории расчета установившейсяработы магистральных нефтепроводов на случай так называемых «многопродуктовых» трубопроводов (технологии перекачки по одному трубопроводунефтепродуктов или жидких газопродуктов, различающихся по своим фи-20зико-химическим свойствам).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
