Диссертация (1172964), страница 9
Текст из файла (страница 9)
В подобных случаях перекачка нефти прекращается несразу, а в течение некоторого времени, называемого временем выбега. При этом внефтепроводе происходит переходный процесс. Давление в линии всасывания увеличивается, давление в линии нагнетания уменьшается, как уменьшаются расходперекачки и дифференциальный напор НПС. Возникшие изменения распространяются в виде волн вниз и вверх по течению, вызывая значительные колебания давления в трубопроводе.Поскольку колебания давления представляют определенную угрозу для целостности трубопровода и могут нанести ущерб установленному на трубопроводеоборудованию, то в ряде случаев перед НПС устанавливают различные системызащиты, в том числе, системы сглаживания волн давления, настройка которых осуществляется на определенную скорость увеличения давления. Если эта скоростьпревышает заданное значение, происходит частичный отвод жидкости из трубопровода в специальную резервуарную емкость.
Поэтому интерес представляет, какскорость увеличения давления перед НПС, так и продолжительность этого про-51цесса. Несмотря на то, что выбег насосов в разные годы изучался многими исследователями, такими как А. И. Степанов [84], В. А. Юфин [74, 103], Л. Г. Колпаков[50], Е. В. Вязунов [15, 17], окончательный ответ на вопрос о продолжительностивыбега НПС, о параметрах, от которых зависит продолжительность выбега, а такжео методе расчета этих параметров не получен.Существуют только приближенная оценка параметров насосов при их отключении, предложенная в работе [15] и вошедшая во все руководящие документы. В ееоснове лежит уравнение движения ротора насосного агрегата, записанное в виде:∙+ = 0,(1.54)где – момент инерции агрегата, – частота вращения ротора, – время, – момент сопротивления на валу агрегата.Момент сопротивления в процессе отключения насосов представляется как= + ,(1.55)где – гидравлическая мощность насосного агрегата, – мощность, затрачиваемая на преодоление трения в подшипниках.
Причем для определения мощностей и используются законы подобия: = 0 ∙ ( 3) и = 0 ∙ ( ),00(1.56)где индекс «0» относится к параметрам при номинальной частоте вращения 0 .Если подставить (1.56) в (1.55), а затем в (1.54), получается уравнение0∙ 2 + 20 0Поскольку по правилам интегрирования=−0∙ .
∙ 03(1.57)52∫1=∙arctg() + ,2 + 2 то проинтегрировав уравнение (5.4) при условии = 0 при = 0, можно получить, что00√0 ∙ 0arctg ( ∙ √=arctg−.)(√)00 ∙ 02 ∙ 02Далее, вводя обозначения00 1√0 ∙ 0В = √и В ==∙ ,0 ∙ 02 ∙ 02 Вавтор получает уравнение для угловой скорости:=0∙ tg(arctg(В ) − В ∙ ).(1.58)Подстановка зависимости (1.58) в закон подобия напоров 2 = 0 ∙ ( ) ,0(1.59)позволяет получить выражение для изменения дифференциального напора насосав результате его остановки:() =0В2∙tg 2 (arctg(В ) − В ∙ ).( 1.60)Длительность процесса остановки насоса определяется моментом времени ,который называется временем выбега.
Из уравнения (1.60), если предположить, чтопроцесс выбега насосов прекращается, когда дифференциальный напор насоса становится равным нулю, время выбега насоса определяется зависимостью53=1∙ arctg(В ).В(1.61)Если принять, что мощность 0 , затрачиваемая на преодоление трения в подшипниках, составляет 4 % от полной мощности, то гидравлическая мощность 0агрегата составляет 96% от полной мощности. Для такого случая, подстановкой = √0 ⁄0 = √0,96⁄0,04 = 4,90 в формулу (1.61), в работе [15] получено, чтовремя выбега определяется как1,37 ∙ 02== 6,71 ∙.В0(1.62)Таким образом, согласно (1.62), выбега насоса зависит исключительно от параметров установленных насосов, но не от режима перекачки.
Причиной такогоошибочного утверждения явилось то, что в основу данной теории было положенопринципиально неверное утверждение, что дифференциальный напор насоса в период выбега уменьшается как квадрат числа оборотов агрегатов (формула (1.59)).В действительности такое правило относится лишь к перестроению характеристикцентробежных насосов при разном числе оборотов.
Оно не применимо для определения рабочей точки агрегата, т.е. для расчета динамического изменения дифференциального напора и расхода в переходном процессе в конкретном трубопроводе.Кроме того, в конце процесса выбега дифференциальный напор насосов ичисло оборотов ротора не обязательно должны быть не равны нулю. На практикечасто выбег НПС может заканчиваться открытием обратных клапанов на байпасных линиях насосов. В этом случае число оборотов нефтеперекачивающих агрегатов остается отличным от нуля, т.е.
роторы этих агрегатов продолжают вращаться.Также возможен случай, когда при отключении насосов закрывается обратный кла-54пан, установленный непосредственно после НПС. В этом случае равным нулю оказывается расход нефти, тогда как дифференциальный напор, развиваемый НПС,еще велик.1.5. Обнаружение и расчет аварийных выходов жидкости через сквозноеотверстие в трубопроводеУтечки нефти из трубопровода могут происходить вследствие неплотногоподсоединения арматуры, т.е. носить эксплуатационный характер, а также по причине аварийного повреждения линейного участка трубопровода в результате механического или коррозионного разрушения.Поскольку утечки нефти сопряжены с финансовыми потерями и, кроме того,представляют экологическую и пожарную опасность, постоянно ведется поиск эффективных и технологичных решений своевременного их обнаружения.Известно множество методов обнаружения утечек, как расчетных (пассивных,по оценке изменения параметров потока нефти в процессе перекачки), так и аппаратурных (активных, посредством специальных диагностических устройств).
Согласно РД [81], «для обнаружения места аварий и аварийных утечек нефти на магистральном нефтепроводе могут применяться методы: визуальный, контроля давления, графоаналитический, балансового учета нефти, анализа изменения нагрузкиэлектродвигателей, приборной диагностики (ультразвуковой и акустический), параметрического контроля расхода и давления».В работе [1] приведена таблица, указывающая на особенности и недостаткиметодов обнаружения утечек, используемых на магистральных нефтепроводах(таблица 1.1).55Таблица 1.1.Недостатки применяемых методов обнаружения утечек [1]Как следует из таблицы 6.1, ни один из методов не может претендовать науниверсальность.
Потому при разработке систем обнаружения утечек (СОУ)обычно используют несколько методов обнаружения утечек одновременно. Например, существует мнение [72], что комбинирование методов параметрической диагностики и акустической эмиссии позволяет уменьшить частоту ложных срабатываний и повысить чувствительность СОУ.В данный момент на мировом рынке существует множество компаний, предлагающих свои СОУ. Это системы, предназначенные для непрерывного контроля56параметров потока нефти по трубопроводу. Среди СОУ российских производителей можно выделить [73] СОУ «LeakSPY», СОУ «Appius LD», СОУ «Нефтеавтоматика» (ОАО «Нефтеавтоматика»), «Инфразвуковую систему мониторинга трубопроводов (ИСМТ)» (ООО «НПФ «ТОРИ»).
По мнению многих авторов, наиболееперспективными в настоящий момент являются СОУ, основанные на методе инфразвукового мониторинга трубопровода.Трубопроводные компании разрабатывают регламент действия систем автоматики, телемеханики и персонала при обнаружении утечки, направленные наостановку нефтепровода и перекрытие линейных задвижек.Тем не менее, ни одна из существующих систем не универсальна. Все СОУэффективно работают лишь для определенных диапазонов значений параметровнефтепроводов. Большую роль играют особенности технологического процесса перекачки, а также технического оснащения.
Поэтому говорить об окончательном решении этой проблемы пока не приходится. Если же на процесс возникновенияутечки накладывается нестационарный процесс в нефтепроводе (переключениенасосного оборудования, работа регулировочных устройств и т.п.), СОУ оказываются практически бессильны [21].Расчет объема нефти, вытекшей из трубопровода через отверстие в его поверхности в результате аварии, является достаточно известной задачей и многократнорассматривалась в научно-технической литературе. Обычно при расчете расхода вязкой жидкости при ее истечении из отверстия используют формулу = ∙ отв ∙ √2 ∙ ∙ ∆.(1.63)Формула (1.63) представляет собой формулу Торричелли, в которую введен безразмерный коэффициент расхода , отражающий отличие в характере истечения реальной жидкости от идеальной.
В формуле (1.63) отв – площадь отверстия, ∆ –превышение напора внутри сосуда над давлением снаружи. Данная формула справедлива для малых отверстий, диаметр которых отв ≪ ∆.57Коэффициент зависит от напора ∆, формы отверстия и формы сосудавблизи отверстия и принимает значение в диапазоне 0,60 ÷ 0,64 [52].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
