Автореферат (1172963), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Для этогорассмотрена динамика изменения линии гидравлического уклона вблизинефтеперекачивающей станции. Если считать, что станция расположена в сечении = 0 (рисунок 7), то для плоскости переменных (, ) из уравнений нахарактеристиках и соответственно положительного и отрицательногонаклонов имеем условия:0в + ∙ ∙ = −/2 + ∙ ∙ 0 − ∙ ∙∫ ( ) ,=−/20н − ∙ ∙ = ⁄2 − ∙ ∙ 0 + ∙ ∙{(15)∫ () ,=/2где в и н – давления в линиях всасывания и нагнетания НПС в момент времени , −/2 и /2 − давления на границах области возмущения начальноготечения жидкости в трубопроводе.Рисунок 7 – Расчетная схема внешнего переходного процессаГидравлическая характеристика нефтеперекачивающей станции, на которой включены в последовательную работу одинаковых агрегатов, имеетвид:282Δ = н − в = ∙ ∙ ( ∙ ∑ − ∙ ∙ 2 ),(16)=1где и – коэффициенты аппроксимации гидравлической характеристики агрегата, = ()⁄0 – безразмерная частота вращения ротора j-го агрегата(0 – номинальная частота вращения ротора).Совместное решение уравнений (14) – (16) для случая аварийного отключения агрегатов (эд = 0) на нефтеперекачивающей станции, например, вслучае аварийного отключения электроэнергии, дает решение задачи в видесистемы безразмерных уравнений:122= − ∙ ∙ ( − 1 ∙ ) ∙ − ,22 ∙ ( ∑=1 + 2 − ∙ (1 − 1 ) + 3 ∙ )̅ ={2 + √22 + 4 ∙ ( ∙ 1 + 3 ∙ ) ∙2(∑=1 ,+ 2 − ∙ (1 − 1 ) + 3 ∙ )где введены безразмерные параметры = ⁄0 – безразмерное время (0 =0 ⁄0 − характерный масштаб времени, полученный из условия равенствамомента количества движения ( ∙ 0 ) вращающихся роторов номинальнойработе (0 ∙ 0 )); = ⁄0 = ⁄0 − безразмерная скорость жидкости (0 , 0– начальный расход и скорость жидкости, соответственно); = мех ⁄0 –безразмерный коэффициент, определяющий отношение момента мех механического трения на валу роторов к номинальному вращающему моменту 0( ≅ 0,03 ÷ 0,05).Также в уравнениях (17) использованы безразмерные комплексы: ∙ ∙ 0 ∙ ⁄=,0 ∙ 0 ∙ 021 =,2 =2 ∙ ∙ 0,3 =0 ∙ ∙ 0.Решение (17) строится до тех пор, пока выполняется система неравенств(17)292(∑ + 2 − ∙ (1 − 1 ) + 3 ∙ ) ≥ 0,=1{2(18)2 ≥ (1 ∙ ).Первое из неравенств системы (18) означает, что скорость жидкости, проходящей через нефтеперекачивающую станцию, неотрицательна ( ≥ 0).
В противном случае закрывается станционный обратный клапан. Второе условие(18) означает, что дифференциальное давление на насосных агрегатах неотрицательно (∆ ≥ 0). При нарушении этого условия открываются обратные клапана байпасных насосных линий, и жидкость следует через насос транзитом.Пример динамики изменения параметров на нефтеперекачивающей станции в процессе ее аварийного отключения для случая, когда отключение агрегатов завершается закрытием станционного обратного клапана, показан на рисунке 8, а для случая, когда отключение агрегатов завершается открытием обратных клапанов байпасных насосных линий – на рисунке 9.Рисунок 8 – Расчет параметров выбега НПС в случае, в которомстанционный обратный клапан закрывается30Рисунок 9 – Расчет параметров остановки нефтеперекачивающей станциив случае, в котором станционный обратный клапан остается открытымТаким образом, доказано, что продолжительность отключения нефтеперекачивающей станции не определяется временем снижения числа оборотовроторов агрегатов до нуля и не является индивидуальной характеристикой исключительно самой станции и установленных на ней насосов, а также зависитот режима, в котором работает трубопровод.Для расчета процесса пуска насосных агрегатов на нефтеперекачивающейстанции момент эд электродвижущих сил, втягивающих ротор нефтеперекачивающего агрегата в режим синхронизма моделируется зависимостью:эд () ≅ 0 ∙ ( + (2 − ) ∙ ), 0 < ≤ 1,(19)где 0 – номинальный момент привода в режиме синхронизма, – значениекратности пускового момента (для электродвигателя большой мощностинаходятся в диапазоне ≅ 0,5 ÷ 1,5).Дифференциальное уравнение вращения ротора насоса (14) для описанияпроцесса пуска агрегата представляется в безразмерной форме:31эд () − ,если 0 < ≤ ∗ , 0 ≤ ≤ ∗ ;={(20)122эд () − ∙ ∙ ( − 1 ∙ ) ∙ − , если ∗ < ≤ 1, > ∗ .При пуске агрегата, начиная с некоторого момента времени ∗ , дифференциальный напор станции становится положительным, при этом угловаяскорость ∗ вращения ротора насоса определяется уравнением∗ = √ ∙ 0 = √1 .В момент времени ∗ обратный клапан на байпасе закрывается, и областьнагнетания оказывается изолированной от области всасывания.
Первое уравнение в системе (20) относится к моментам времени 0 ≤ ≤ ∗ до закрытияобратного клапана на байпасе, вторая – к моментам времени > ∗ после егозакрытия. Безразмерный момент электродвижущих сил определяется какэд = эд ⁄0 .На рисунке 10 представлены графики, отражающие результаты расчетапараметров на нефтеперекачивающей станции в процессе запуска агрегатов.Графики отражают ситуацию, когда пуск 3-го насоса на станции невозможен,поскольку приводит к падению давления в линии всасывания станции до аварийного уровня.Следует отметить, что включение каждого насоса сопровождается резкимувеличением скорости нефти, протекающей через нефтеперекачивающуюстанцию.
Причем после выхода частоты оборотов насосных роторов на номинальное значение, скорость монотонно убывает, приближаясь к некоторой величине.Методика расчета переходных процессов в трубопроводе, вызванныхпуском или отключением нефтеперекачивающих агрегатов изложена также вработах автора [7 – 9].32Рисунок 10 – Расчет параметров пуска нефтеперекачивающей станцииВ шестой главе, на базе обобщенной теории переходных процессов, изложенной в 4 главе, анализируются основные аспекты процесса истечения углеводородной жидкости через сквозное отверстие в поверхности трубопровода. В общем случае эта задача до сих пор не была решена. Акцент делаетсяна том обстоятельстве, что истечение жидкости через отверстие имеет нестационарный характер и сопровождается образованием в трубопроводе пустот,т.е.
разрывов сплошности столба жидкости вследствие снижения давленияжидкости в некоторых сечениях трубопровода до значения упругости ее насыщенных паров. В процессе истечения участки трубопровода, на которых жидкость движется полным сечением, перемежаются с участками трубопровода,на которых жидкость движется самотеком под действием силы тяжести.Для моделирования утечки на границе ′ расчетной ячейки (рисунок 6),давление определяется по правилу:332атм + (−ут сут с+ √() +4′4′′ =+ −∆ + − ,{22+−∆+−2− атм ) ,+ −∆ + − если> атм ;2+ −∆ + − если≤ атм ,2(21)где коэффициент ут утечки определяется зависимостью ут = отв √2атм( – коэффициент расхода, который для отверстий в тонких стенках обычнопринимается равным 0,62, отв – площадь отверстия).В работе приводятся возможные сценарии и характерные этапы процессаистечения жидкости через сквозное отверстие, расположенное на участке трубопровода между двумя последовательными нефтеперекачивающими станциями. Отмечается, что в отличии от существовавших ранее, предлагаемая методика позволяет учитывать объем жидкости, вытекающей через отверстие засчет так называемого упругого запаса, связанного со сжимаемостью транспортируемой жидкости и с расширяемостью трубопровода под действием давления.В процессе расчетов по данной методике обнаружен эффект дополнительной потери некоторого объема жидкости, который согласно существовавшей ранее теории должен был оставаться в трубопроводе в силу особенностейрельефа трассы.Демонстрируется пример, когда утечка не может быть зафиксированадатчиками изменения давления и расхода на нефтеперекачивающих станцияхвследствие разрыва сплошности потока в трубопроводе.
Дается рекомендациядля обеспечения безопасности перекачки, особенно при перекачке нестабильных жидкостей, устанавливать датчики давления не только на станциях, но ивдоль линейной части, в наиболее возвышенных сечениях профиля.Методика расчета процесса истечения углеводородной жидкости черезсквозное отверстие в трубопроводе изложена также в работах автора [3, 20].34Заключение (основные выводы)1. Утверждается, что наиболее простым, полным, эффективным и универ-сальным алгоритмом гидравлического расчета стационарных режимов работытехнологических участков магистрального нефтепровода (т.е. нескольких перегонов между НПС, гидравлически связанных друг с другом) является предложенный в работе быстро сходящийся итерационный алгоритм, подразумевающий построение линии гидравлического уклона методом варьированияскорости течения жидкости в конце трубопровода.
В рамках предложенногоитерационного алгоритма удается не только находить основные параметры течения жидкости в трубопроводе (скорость, расход, давления до и после каждойнефтеперекачивающей станции, дифференциальные напоры всех станций, мощностей и коэффициенты полезного действия станций в целом и отдельных насосов, распределение давления по длине трубопровода, координаты начал и окончаний любого самотечного участка, возможно имеющегося в трубопроводе, расходы и давления в ветвях лупингов, если таковые имеются, расходы отборов иподкачек жидкости и т.п.), но и осуществить варьирование исходных данных:профиля и диаметров участка трубопровода, мест расположения насосных станций, параметров, характеризующих физические свойства транспортируемойжидкости и т.п.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
