Увеличение пропускной способности нефтепроводов применением лупинга

прокладка лупинга, равного протяженности основного трубопровода, позволяет удвоить его пропускную способность независимо от режима течения. Очень важно, что такая величина чЛ достигается без строительства дополнительных нефтеперекачивающих станций и поэтому построенный лупинг не является просто новым нефтепроводом.

Из формулы (38) можно выразить необходимую длину лупинга, обеспечивающего увеличение производительности нефтепровода в заданное число раз

Расчеты по формуле (39) показывают: такое же увеличение производительности, что и при удвоении числа НПС (чЛ = чНПС) достигается при следующих длинах лупинга: при m = 1 lЛ = Lp; при m = 0,25 lЛ = 0,712Lp; при m = 0,1 lЛ = 0,683Lp; при m = 0 lЛ = 0,667Lp; то есть в зависимости от режима течения длина лупинга должна составлять от 66,7 до 100 % длины основной магистрали.

К сожалению, на увеличение пропускной способности нефтепроводов накладывается ряд ограничений. Так, нередко с целью снижения капиталовложений трубопроводы проектируют с уменьшающейся толщиной стенки (в соответствии с характером изменения давлений между станциями). В этих условиях удвоение числа НПС, приводящее к увеличению давления в середине перегонов, может оказаться невозможным. Проблематично увеличение числа нефтеперекачивающих станций и на трубопроводах, имеющих значительный срок эксплуатации, так как их стенка ослаблена накопленными дефектами.

На применение методов увеличения производительности определенные ограничения накладывает и оборудование, установленное на НПС. Покажем это на примере удвоения числа нефтеперекачивающих станций (рис. 8). Пусть первоначально рабочей точкой была точка А, которой соответствовала производительность QА После удвоения числа НПС производительность нефтепровода стала равной QВ. Будет ли она находиться в пределах зоны максимальных КПД насосов? Будет, если первоначально нефтепровод работал с производительностью

При ламинарном режиме перекачки; при турбулентном режиме в зоне гидравлически гладких труб -- 0,808QH,; в зоне смешанного трения --- 0,8330QH; в зоне квадратичного трения -- 0,849QH. Как видим, если режим течения ламинарный, то величина QB, при удвоении числа НПС всегда находится за пределами рабочей части характеристики насосов. При турбулентном же режиме величина Qs может остаться в пределах рабочей зоны только тогда, когда первоначальная производительность нефтепровода QA составляла от 0,8 до 0,808...0,841 номинальной подачи насосов. Случай это относительно редкий, и поэтому мы можем сделать вывод, что при удвоении числа НПС вновь достигаемая производительность нефтепровода QB находится за пределами рабочей зоны насосов. Соответствующую ей рабочую точку назовем точкой В.

Рисунок 8 -- Совмещенная характеристика трубопровода и НПС при Нст? const:

1 -- (Q-H} характеристика нефтепровода; 2-- (Q-H) характеристика нефтепровода с лупингом; 3 -- (Q-Н) характеристика НПС после регулирования (обеспечивает равенство Ос = 1,2QH)

Выход за пределы рабочей зоны приводит к уменьшению коэффициента полезного действия насосов и увеличению удельных затрат энергии на перекачку, что не всегда оправданно. Поэтому, если менять насосное оборудование не планируется, максимально допустимое увеличение производительности трубопровода должно быть не более чДОП=1,2QH/QA. В этом случае рабочей точкой должна стать точка С. Добиться соответствующего прохождения суммарной характеристики НПС можно, если часть нефтеперекачивающих станций будет развивать меньший напор (работать меньшим количеством насосов, иметь насосы с меньшим диаметром рабочих колес и т. п.).

В качестве примера определим, какое общее число одинаковых насосов на НПС должно быть, чтобы производительность нефтепровода увеличилась в чдоп. Учитывая, что А = m0 * ам и В = mQ * bм (где mQ -- первоначальное общее количество работающих насосов на станциях рассматриваемого эксплуатационного участка), можем переписать формулу (3.48) в виде

После увеличения общего количества работающих насосов до т1 по аналогии можем записать

Поделив (42) на (41), и обозначив Q1 /Q0 = чДОП получаем

Учитывая, что (hn-z- hОСТ) << m0 aM, и обозначив, можем переписать выражение (43) в виде

По формуле (44) можно найти только необходимое общее количество работающих насосов. Их распределение по станциям -- задача, решаемая с учетом ограничений на напоры и подпоры НПС.

Сопоставим теперь рассмотренные способы увеличения пропускной способности с точки зрения удельных затрат электроэнергии на 1 т перекачиваемой нефти. А. И. Гольянов показал [6], что если пренебречь энергозатратами на работу подпорных насосов, из формулы (10) следует

После удвоения перекачивающих станций (при НСТ = const)

Соответственно получаем

Если предположить равенство коэффициентов полезного действия насосов зН?зН* (хотя на самом деле зН*?зН), электродвигателей зЭ?зЭ* и механической передачи зМЕХ?зМЕХ* до и после удвоения числа НПС, относительное увеличение энергозатрат составит

В случае применения лупинга прирост пропускной способности нефтепровода происходит за счет снижения гидравлического сопротивления линейной части, то есть без участия перекачивающих станций. В этом случае

Какой же способ увеличения производительности нефтепроводов следует применять? Удвоение числа НПС позволяет увеличить пропускную способность не более чем на 40 %, тогда как прокладка лупингов позволяет практически удвоить производительность нефтепровода.

Применение лупингов имеет также следующие очевидные преимущества: 1) величина давления в трубопроводе не увеличивается; 2) удельные энергозатраты на перекачку остаются прежними, тогда как при удвоении числа НПС они также удваиваются. Однако для обеспечения очистки и диагностики лупингов требуется сооружение дополнительных камер пуска-приема СОД. Поэтому окончательное решение о выборе способа увеличения пропускной способности нефтепровода должно приниматься на основе экономического сравнения вариантов.