Технологический расчет трубопроводов  при

проектировании

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Самара 2005

Введение

    Технологический расчет трубопровода (ТРТ) выполняется при проектировании трубопроводов для определения параметров:

    трубы: диаметр и толщина стенки с  учетом прочностных характеристик  металла;

    перекачивающих  агрегатов, обеспечивающих транспортировку заданного (планового) объема продукта с учетом его физических свойств на заданное расстояние с учетом высотных отметок начала и конца трубопровода.

    Получаемые  в процессе расчета величины уточняются выбором из нормализованного ряда стандартных значений, а расчетные потери напора в трубопроводе при транспортировке продукта сравниваются с напором, развиваемым перекачивающими станциями.

    Естественно, что ТРТ заканчивается, когда  вышеуказанные величины равны между  собой (допустимое отличие 1%), однако, на практике, первый «проход» не приводит к равенству и ТРТ дополняется:

либо  расчетом длины лупинга или вставки  трубы другого диаметра;

либо  расчетом обрезки рабочих колес  перекачивающих агрегатов.

Общий алгоритм ТРТ выглядит так: 

 

 
 

1. Исходные данные для технологического расчета

    трубопровода

    Исходные  данные подразделяются на основные, без  которых ТРТ вообще невозможен, и  вспомогательные, накладывающие дополнительные условия (ограничения) на производимый расчет.

    К основным относятся:

расчетная длина трубопровода;

    геодезические отметки конечного и начального пунктов трубопровода;

    необходимый остаточный напор на конечном пункте трубопровода;

    планируемый годовой объем перекачки продукта по трубопроводу;

    расчетная температура перекачиваемого продукта;

    физические  свойства перекачиваемого продукта: плотность и вязкость.

    Используемые  константы: ускорение свободного падения  g = 9,81 м/с²; число π = 3,14.

    К вспомогательным относятся:

    допустимое  давление, развиваемое перекачивающей станцией, исходя из прочностных  свойств  корпуса  насоса  и  запорной  арматуры  (по  умолчанию равно 7,4 МПа);

    число эксплуатационных участков, под которыми подразумеваются участки, расположенные  между резервуарными парками. Промежуточные станции, имеющие в своем составе резервуарные парки, обычно являются конечными пунктами для предыдущего участка трубопровода и головными станциями для последующего участка трубопровода (по умолчанию равно 1);

    расчетное время работы трубопровода (по умолчанию равно 350 сут/год);

    рекомендуемое количество последовательно работающих магистральных насосов (по умолчанию  равно 3);

    механические  характеристики трубных сталей (табл. П 1.1, прил.1);

    сведения   о   насосах,   используемых   на   перекачивающих   станциях

(табл. П 1.2, прил. 1);

    рабочие  характеристики  Q-H  насосов (приложение 3).

    Значения  плотности и вязкости транспортируемого  продукта, отражаемые в исходных данных и взятые из паспортных (или справочных) данных, приводятся при каких-то стандартных температурах, как правило, 15°С, 20°С и т.п.

    Для ТРТ необходимо пересчитать эти  значения для расчетной температуры, которая либо определяется заданием, либо принимается равной среднемесячной температуре грунта самого холодного  месяца на уровне оси подземного трубопровода.

    Расчетное значение плотности ρ_р, кг/м³ и кинематической вязкости продукта ν_p, м²/с определяются по известным формулам:

                              ρ_р = ρ_з - (1,825 - 0,001315×ρ_з)×(t_p - t_з) ,   (1.1)

где ρ_з – заданная плотность при заданной температуре t_з, °С;

      ρ_р – расчетная плотность продукта при расчетной температуре t_p, °С.

                              lglg(ν_p + 0,8) = a + в×lg T_p ,    (1.2)

где ν_p – расчетная кинематическая вязкость продукта (в сСт) при расчетной температуре Т_р, °К, в свою очередь определяемой из соотношения

                              Т_р = 273 + t_p ,      (1.3)

      а  и в – коэффициенты, определяемые из системы уравнений

                              а = lglg(ν₁ + 0,8)-в×lg·T₁ ,

                               ,      (1.4)

где ν₁ и ν₂ – заданные значения кинематической вязкости продукта (в сСт) при заданной температуре t₁ и t₂ (°С).

 

2. Последовательность технологического

    расчета трубопровода

      2.1. Расчетная пропускная способность  трубопровода определяется, исходя  из заданного годового времени  работы трубопровода и годового  планового задания по перекачке

                                м³/час или м³/с , (2.1)

где  G_т – заданный массовый годовой план перекачки, кг;

      ρ_р – расчетная плотность продукта, кг/м³;

      Ч – заданное время работы трубопровода в году, ч.

    2.2. Расчетное значение внутреннего диаметра трубопровода

                               , м,      (2.2)

где W_р – рекомендуемая расчетная скорость перекачки, м/с, определяемая из графика на рис. 2.1. 

 
 

                  Рис. 2.1. Зависимость рекомендуемой скорости перекачки

                        от пропускной способности трубопровода

      По  расчетному значению D_р принимается ближайшее в большую сторону значение наружного диаметра трубы D_н из стандартного ряда (см. табл. П 1.1, прил. 1).

      2.3. Магистральные и подпорные насосы  перекачивающих станций выбираются, исходя из выполнения условия

Q_min ≤ Q^ч_р ≤ Q_max ,      (2.3)

где Q_min, Q_max – соответственно нижняя и верхняя границы рабочего диапазона производительности насоса (см. табл. П 1.2, прил. 1).

      2.4. Рабочее давление, развиваемое перекачивающей  станцией при последовательном соединении насосов

Р = ρ_рg(m_p×h_м + h_n)×10^-6 ≤ {Р} , МПа ,   (2.4)

где h_м, h_n – соответственно напор, м, развиваемый магистральным и подпорным насосами при расчетной подаче Q^ч_р и определяемый по рабочим характеристикам насосов (см. прил. 2);

 

 m_р – число последовательно работающих магистральных насосов;

      {Р}  – допустимое давление на выходе перекачивающей станции, исходя из прочности корпуса насоса или запорной арматуры.

    2.5. Расчетная толщина стенки трубы,  исходя из выбранного материала

                                   , м,     (2.5)

где n – коэффициент надежности по нагрузке (рабочему давлению): для труб диаметром от 720 до 1220 мм принято n = 1,15;

      R₁ – расчетное сопротивление металла трубы, определяемое из соотношения

                                     , МПа,     (2.6)

где  σ_в – предел прочности металла трубы, МПа;

      m_у – коэффициент условий работы трубопровода, зависящий от его кате-гории: для подземных магистральных нефтепродуктопроводов принято m = 0,9;

      К₁ – коэффициент надежности по материалу: для сварных труб из горячекатанной   и   нормализованной   низколегированной   стали   принято   К₁ = 1,47;

      К_н – коэффициент надежности по назначению трубопровода:

      - для нефтепроводов диаметром  1020 мм и менее принято К_н = 1,0;

      - для нефтепровода диаметром 1220 мм принято К_н = 1,05.

      Вычисленное значение толщины стенки трубы  δ_р округляется в большую сторону до ближайшего стандартного значения δ (см. табл. П 1.1, прил. 1).

      2.6. Внутренний диаметр трубопровода

                              D = D_н - 2δ , м.     (2.7)

    2.7. Фактическая скорость перекачки

                                   , м/с.     (2.8)

    2.8. Параметр Re (число Рейнольдса)

                                   .      (2.9)

    2.9. Гидравлический уклон

                                     ,   (2.10)

где λ – коэффициент гидравлического сопротивления;