Диссертация (1172964), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Поскольку от′ > 0 только при частоте вращения > (− − −∆рицательная скорость через НПС невозможна (все станции оборудованы обрат2+)⁄(∗ ∙ ∙ ) следует полагать скоростьными клапанами), то при ≤ (− − −∆на границе ячеек с НПС ′ = 0.4.6. Компьютерная реализация алгоритмов гидравлического расчетапереходных режимов работы магистральных трубопроводов. Примеры ирезультаты расчетовПроиллюстрируем реализацию алгоритмов расчета переходных режимов работы трубопроводов на примере гидравлического удара, вызванного закрытием задвижки на модельном участке нефтепровода.Рассмотрим короткий (для быстроты счета) участок нефтепровода длиной =35 км с заданным профилем из труб с внешним диаметром = 720 мм и толщиной стенки = 10 мм. Перекачку нефти ( = 870 кг⁄м3 , = 20 сСт, у = 20 кПа)155на участке осуществляет магистральный насос марки НМ-2500-230, установленный в сечении = 0 нефтепровода.
Подпор перед насосом ℎп = 50 м, а давлениев конце участка к = 0,3 МПа.Выполним расчет стационарного режима работы заданного участка нефтепровода. Алгоритм такого расчета изложен во 2 главе. Получаем, что стационарныйрасход нефти по такому участку составляет 3120 м3 ⁄ч, а линия гидравлическогоуклона совмещенная с профилем трубопровода имеет вид, показанный на рисунке4.10.Рисунок 4.10 – Стационарный режим работы участка нефтепроводаКак следует из рисунка 4.10, в нефтепроводе существует самотечный участок.Перевальная точка находится в сечении п = 22 км. В стационарном режиме длинаданного самотечного участка 2,3 км, а степень заполнения = 0,27.Закроем задвижку, находящуюся в конце расчетного участка, т.е.
в сечении скоординатой = 35 км. Время закрытия задвижки з = 7 с. К моменту полного закрытия задвижки (через 7 с от начала закрытия) в конечном сечении нефтепроводапроисходит повышение давления до 2,45 МПа. На рисунке 4.11, а показана линиягидравлического уклона в этот момент, а на рисунке 4.11, б – распределение давления в нефтепроводе (тонкая линия соответствует распределению давления до закрытия задвижки).156Рисунок 4.11 – Расчет гидравлического удара, расчетное время = 7 с (а – линиягидравлического уклона, б – распределение давления)Далее давление перед задвижкой продолжает повышаться, волна повышенного давления распространяется в сторону насосной станции (на рисунке 4.11направление волны давления показано стрелкой).
Через 18 с от начала закрытиязадвижки волна повышенного давления достигает самотечного участка (рисунок4.12) (при этом давление в конечном сечении составляет 2,77 МПа), а затем отражается от него. Самотечный участок не пропускает волну давления к насоснойстанции, и станция продолжает работать на том же режиме, что и до закрытия задвижки.Через 25 с после начала закрытия задвижки скачок давления смещается влево(на рисунке 4.13 направление его смещения обозначено стрелкой), давление передзадвижкой составляет уже 3,00 МПа.157Рисунок 4.12 – Расчет гидравлического удара, расчетное время = 18 с(а – линия гидравлического уклона, б – распределение давления)Рисунок 4.13 – Расчет гидравлического удара, расчетное время = 25 с(а – линия гидравлического уклона, б – распределение давления)158Дойдя до задвижки, волна повышенного давления отражается волной пониженного давления и начинает движение вверх по потоку (рисунок 4.14).
Процессможет сопровождаться возникновением и исчезновением новых самотечных участков (рисунок 4.15).Рисунок 4.14 – Расчет гидравлического удара, расчетное время = 31 с (а – линиягидравлического уклона, б – распределение давления)Поскольку насос на НПС продолжает работать, то рассматриваемый переходный процесс сопровождается постепенным заполнением самотечного участка сп = 22 км и сокращением его длины. Через 2 мин. после закрытия задвижки в данной задаче самотечный участок полностью исчезает, и волна повышенного давления начинает движение в сторону НПС (рисунок 4.16).Следует заметить, что несмотря на короткий (35 км) участок, повышение давление на НПС регистрируется только через 2 мин.18 с от начала закрытия задвижки.
В то время как в случае отсутствия самотечного участка в данном примереповышение давления на НПС произошло бы уже через 38 с от начала закрытия задвижки.159Рисунок 4.15 – Расчет гидравлического удара, расчетное время = 34 с(а – линия гидравлического уклона, б – распределение давления)Рисунок 4.16 – Расчет гидравлического удара, расчетное время = 2 мин. 1с(а – линия гидравлического уклона, б – распределение давления)160Выводы1. Существенно продвинута обобщенная теория волновых процессов в трубопроводах (М. В. Лурье, Л.
В. Полянская, А. В. Бабков, А. С. Дидковская), в которойдопускается уменьшение давления в волнах разрежения вплоть до упругости насыщенных паров транспортируемой жидкости и образования и возникновения парогазовых полостей (самотечных участков). Основное положение данной обобщенной теории заключается в необходимости решать классическую систему уравненийнестационарного течения жидкости на полностью заполненных участках трубопровода (уравнения Н.Е. Жуковского) и систему уравнений теории безнапорного течения на самотечных участках трубопровода, сопрягая решения обеих систем в сечениях смены характера течения.2.
Показано применение нового метода расчета переходных процессов длярасчета гидравлического удара, происходящего вследствие перекрытия запорнорегулирующей арматуры в нефтепроводе с самотечным участком. Демонстрируется основные этапы процесса, отражение волны повышенного давления от самотечного участка и запаздывание по этой причине ее прихода на нефтеперекачивающую станцию.3.
На основе алгоритмов разработанного метода расчета переходных процессов разработана компьютерная программа «Гидроудар», вошедшая в «Компьютерный практикум по трубопроводному транспорту нефти, нефтепродуктов и газа»[34, 35] и предназначенная к использованию в образовательном процессе подготовки специалистов в высших учебных заведениях по направлению 21.03.01«Нефтегазовое дело» (бакалавры), профиль 21.03.01.05 «Эксплуатация и обслуживание объектов транспорта и хранения нефти, газа и продуктов переработки»,21.04.01 «Нефтегазовое дело» (магистерская подготовка).4.
Обобщение изложенной теории расчета переходного процесса в трубопроводе на случай переходного процесса, возникающего при пуске и остановке нефтеперекачивающих агрегатов, изложено в главе 5 настоящей работы.161ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ВМАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДАХ, ВЫЗВАННЫХПУСКОМ И ОСТАНОВКАМИ НЕФТЕПЕРЕКАЧИВАЮЩИХСТАНЦИЙАнализируются механизмы пуска и отключения (выбега) центробежныхнасосных агрегатов на нефтеперекачивающей станции магистрального трубопровода. Моделируются процессы работы агрегатов в штатных и аварийных режимах.Дается качественная и количественная оценка продолжительности указанных режимов. Определяются величины и скорости вызванного данными режимами изменения давления, имеющие приоритетное значение для безаварийной работы трубопроводов, для настройки систем защиты трубопроводов от гидравлических ударов.Приводятся численные примеры расчета переходных процессов в трубопроводе,вызванных пуском или отключением нефтеперекачивающих агрегатов.Основные положения методики гидродинамического расчета переходных процессов, связанных с пуском и остановкой насосных агрегатов на нефтеперекачивающей станции изложены также автором в работах [27, 36, 37].5.1.
Исследование процессов выбега нефтеперекачивающих агрегатовРежим экстренной остановки НПС может происходить вследствие внезапногоотключения подачи электроэнергии или по каким-либо другим причинам. В подобных случаях перекачка нефти прекращается не сразу, а в течение некоторого времени, называемого временем выбега. В процессе остановки станции давление в линии всасывания увеличивается, давление в линии нагнетания уменьшается, какуменьшаются расход перекачки и дифференциальный напор НПС.
Возникшие изменения распространяются в виде волн вверх по течению, вызывая значительныеколебания давления в трубопроводе. Поскольку колебания давления представляютопределенную угрозу для целостности труб, то в ряде случаев перед НПС устанавливают различные системы защиты, в том числе, системы сглаживания волн давления (ССВД), которые настраивают на некоторую скорость увеличения давления.162Если эта скорость превышает некоторое заданное значение, происходит частичныйотвод нефти из трубопровода в специальную резервуарную емкость.
Вот почемупредставляет интерес как скорость увеличения давления перед НПС, так и продолжительность этого процесса.Для исследования режима остановки центробежных агрегатов на НПС запишемдифференциальное уравнение вращения ротора нефтеперекачивающего агрегата ввиде:∙ ∙ ∆ 1= эд −∙ − мех ,(5.1)где эд – момент электродвижущих сил (момент вращения, развиваемый приводом), – суммарный момент инерции всех последовательно соединенных насосов НПС, – частота вращения ротора агрегата (1⁄с), ∆ – дифференциальное давление на НПС, – объемный расход нефти через станцию, – коэффициент полезного действияагрегата, мех – суммарный момент механических сил сопротивления всех насосов,включенных на НПС.При отключении питания исчезает момент эд электродвижущих сил, поэтому для расчета выбега станции следует уравнение (5.1) решать при условииэд = 0.Если разделить обе части уравнения (5.1) на значение 0 номинального момента привода в режиме синхронизма (0 = 0 ⁄0 , где 0 – номинальная мощность насоса, 0 – номинальная частота вращения ротора), то с учетом гидравлической характеристики центробежного насоса при изменяющейся частоте () вра2щения ∆ = ∙ − ∙ 2 и условия эд = 0, его можно представить в следующей безразмерной форме: ∙ ∙ 0 ∙ ⁄ ∙ 02 2 12=−∙ ∙ ( −∙ ) ∙ − .0 ∙ 0Здесь и ниже используются следующие параметры:(5.2)163 безразмерная частота = ()⁄0 вращения ротора центробежногонасоса; безразмерное время = ⁄0 (0 = ∙ 0 ⁄0 − характерный масштаб времени, полученный из условия равенства момента количества движения 0 вращающихся роторов номинальной работе 0 ∙ 0 ); безразмерная скорость = ⁄0 = ⁄0 жидкости (0 , 0 – начальный расход и скорость жидкости, соответственно); безразмерный коэффициент = мех ⁄0 , определяющий отношение момента мех механического трения на валу роторов к номинальному вращающемумоменту 0 ( ≅ 0,03 ÷ 0,05).Использование уравнения (5.2) совместно с уравнением (4.68) для головнойНПС или уравнением (4.71) для промежуточной НПС позволяет применять алгоритм расчета переходных процессов, изложенный в главе 4, для решения задачиаварийного отключения насосной станции.Выполним также исследование поведения функций () и () в процессе выбега насосной станции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
