Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 [ 37 ] 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106

Вначале по часовой производительности перекачки высоковязкой нефти производится предварительный выбор типа насосов. Затем вычисляется кинематическая вязкость v, при превышении которой требуется пересчет напорной характеристики центробежных насосов

v„ =

19-10

,0,305

(7.69)

Расчет по формуле (7.69) выполняется как для основных, так и для подпорных насосов. Найденная «переходная» кинематическая вязкость сравнивается с вязкостью нефти при условиях ее откачки из резервуаров и при условиях всасывания основных насосов.

Если для подпорных насосов температура выкачки нефти из резервуаров определяется только условием их бескавитационной работы, то для основных насосов температура перекачиваемой нефти заранее неизвестна. Для пер1юго варианта расчета ее можно принять равной максимально допустимой величине [T„J, что позволяет сразу учесть третье ограничение в решении оптимизационной задачи.

При принятой темпераауре надодится вязкость нефти и при необходимости производится пересчет хараюеристики ос1Ювных насосов.

С учетом различия температуры выкачки Т,„ , нефти из резервуаров и начальной температуры нефти рабочее давление головной насосной станции

Р = g (Р„ • тмн h„„„ + р„,, • HjJ, (7.70)

где Р„, Р„ь,к ~ плотность нефти при температурах Т„ и Т„,,; li„„„, Hj, -напор соответственно основного и подпорного насосов при температуре перекачки.

При выполнении неравенства (5.5) напор одной насосной станции

hctv = т„„ • (7.71)

Если же неравенство (5.5) не выполняется, то необходимо принять меры по уменьшению сначала Hj, а если этого недостаточно, то и h„„„.

Для определения конечной температуры нефти сначала из уравнения баланса напоров при заданном количестве насосных станций п находится величина средней вязкости нефти в трубопроводе

(H,,+nH,„-Az-H,,)-d 0,0246-Q-L

(7.72)

а затем - соответствующая средняя температура перекачки по формуле (7.60), после чего - искомая величина

Т,= 0,5-(2-Т,р-Т„). (7.73)

При известных величинах п, ф,, Т„ и из формулы (7.42) для расчетного числа пунктов подогрева легко выразить требуемый наружный диаметр тепловой изоляции

D„3 = ехр

7t-L

п-ф,-д-р-с-inji

т-т.

(7.74)

Если выполняется неравенство D„ + 2 • [5„з ] < D,, то находится толщина тепловой изоляции 5„з= 0,5 • (D„3-DJ.

Если же данное неравенство не выполняется, то следует принимать 5„з= О, т.е. D„3 = D„.

В последнем случае необходимо уточнение начальной и конечной температур перекачки при заданной средней. Число Шухова по формуле (7.2) с учетом (7.40)

Шу =

(Г + Е-1пВ„)-п-ф-д-р-С

(7.75)

а начальная температура нефти по формуле (7.62). Конечная же температура находится по формуле (7.1).

Расчет приведенных годовых затрат на перекачку, подогрев и тепловую изоляцию при фиксированном диаметре трубопровода с учетом (7.45) выполняется по формуле

r + ElnD„

(7.76)

где S, Sj, S3 - коэффициенты, рассчитываемые по формулам (7.46);

приведенные годовые затраты на содержание и эксплуатацию

насосных станций

П„е = [С™с + С„„, • (П - 1)] • (S„ + ) + Ср • Vp • (8„ + р ) +

+10--Кз-(азд+8400-аз);

(7.77)

р - нормативы отчислений на амортизацию и текущий ремонт соответственно для насосных станций и резервуаров; О3, а - стоимость соответственно 1 кВтч электроэнергии и 1 кВт установленной мощности.

Оптимальному варианту сочетания п, п,., Т„, и соответствует минимальная величина приведенных годовых затрат П.

§ 7.6. Перекачка высоковязких

и высокозастывающих нефтей в смеси

с маловязкими разбавителями

Использование жидких углеводородных разбавителей - один из эффективных и распространенных методов перекачки высоковязких и высокозастывающих нефтей. В качестве разбавителей могут использоваться маловязкие нефти, газовый конденсат, сжиженные нефтяные газы и т.п.

Гидравлический расчет перекачки смесей

При рс1збавлении кинематическая вязкость смеси изменяется экспоненциально в соответствии с формулой М. М. Кусакова

V = V • е"""

см н J

(7.78)

где V,, - кинематическая вязкость высоковязкой нефти при расчетной температуре; к - кон[1,снтрация разбавителя, равная отношению расхода разбавителя О,, к расходу смеси

к = Qp/Q™; (7.79)

а - эмпирический коэффициент, определяемый экспериментальным путем.

При отсутствии экспериментальных данных величину можно приближенью найти по формуле Вальтера

Ig Ig (v,„ + 0,6) = (I - к„) Ig Ig (v„ + 0,6) + K„ • Ig Ig (v„ + 0,6), (7.80)

где K„ - весовая концентрация разбавителя в смеси

к„ =-

Р,.><

Pn-K-(p„-pJ

(7.81)

Vp, рр - кинематическая вязкость и плотность разбавителя.

Плотность смеси связана с плотностью вьюоковязкой нефти р„ и плотностью разбавителя рр (при расчетной температуре) формулой

Рем = Р„ • (1 - к) + Рр • к. (7.82)

Объемный расход смеси равен сумме объемов нефти и маловязкого разбавителя, что может быть предстаачено выражением

Q =-0-1-к

(7.83)

Идя разбавления, как правило, используются стабильные углеводородные жидкости. Поэтому основные положения норм технологического проектирования магистральных нефтепроводов остаются в силе.

Характеристику трубопровода, по которому перекачивают разбавленную высоковязкую нефть удобно представить в следующем виде

СМ н

(1-к)

- + Az + N3.H,.„;

(7.84)

где h„ - потери на трение с учетом местных сопротивлений при перекачке «чистой» высоковязкой нефти в том же режиме, что и после разбавления.

Проектирование трубопроводов для перекачки высоковязких нефтей с разбавителем

При применении разбавителей существенно изменяется вязкость смеси, что требует пересчета характеристик насосов. Поэтому, строго говоря, при перекачке высоковязкой нефти с разбавителем заранее неизвестно даже какие насосы необходимо использовать.

В связи с вышесказанным, проектные расчеты в данном случае необходимо выполнять не только для разных концентраций смеси, но и для разных типов насосов.

Выбор типа насоса при заданной концентрации разбавителя производится в соответствии с неравенством

0,8 • Kq • Q„„„ < Q < 1,2 Kq Q„,„, (7.85)

где Kq - коэффициент пересчета подачи насоса при перекачке нефти с разбавителем.

Необходимое для перекачки смеси число насосных станций находится по формуле, аналогичной (5.32)

+ А2 + Пз-(Н,„-Н,)

(7.86)

где Н„ - напор станции при перекачке смеси (с учетом пересчета характеристик насосов).

При перекачке высоковязкой нефти с разбавителем на головной

насосной станции должны быть резервуары для его хранения. Если объем резервуарного парка для высоковязкой нефти на головной НС равен (2...3) V, то дополнительный объем резервуаров для хранения разбавителя

V = (2...3) к • у

суг-

(7.87)

Мощность, потребляемая при перекачке смеси, составляет

Рем ё QcM "ci nv„,.

(7.88)

где г„ - К.П.Д. насосных агрегатов при их работе на смеси (см. главу 3).

Таким образом, при заданном диаметре нефтепровода целевая функция приведенных годовых затрат (1.15) имеет вид

П = П,„ + (2...3) к • V, • С„ • (е„ + (7.89)

где П,,,, - затраты, рассчитываемые по формуле (7.77).

При классическом решении оптимизационной задачи необходимо было бы продифференцировать правую часть (7.89) по к и приравнять нулю. Однако получаемое в этом случае выражение очень сложно, и самое главное, в явном виде относительно к не решается. Поэтому проще решать оптимизационную задачу расчетом П по формуле (7.89) при различных концентрациях разбавителя.

Выбор концентрации разбавителя для улучшения показателей работы действующих нефтепроводов

При эксплуатации действующих нефтепроводов применением разбавителей может решаться одна из следующих задач: 1) увеличение объема перекачиваемой нефти; 2) уменьшение напора, развиваемого НС, с целью предотвращения аварий на длительно эксплуатируемом нефтепроводе; 3) уменьшение затрат электроэнергии на перекачку.

Расход смеси в нефтепроводе находится по формуле, полученной из уравнения баланса напоров

QcM 2-m

XA,-Az + N3.(H,-H,,„)

(7.90)

где A„j, B„i - коэффициенты напорной характеристики i-той НС на

смеси; f„ - гидравлический уклон при единичном расходе в случае перекачки высоковязкой нефти в том же режиме, что и смеси.

Расход высоковязкой нефти, достигнутый в результате использования разбавителя, находится по формуле

q:=q:m-(i-k).

Суммарный напор всех НС описывается выражением

(7.91)

(7.92)

Общие энергозатраты на ведение перекачки находятся по формуле (7.88).

Определение оптимальных значений концентраций, обеспечивающих достижение максимального расхода по нефти, а также минимума развиваемого напора и потребляемой мощности, удобнее всего выполнять методом последовательного перебора вариантов с использованием формул (7.91), (7.92).

§ 7.7. Вытеснение высоковязкой нефти из трубопровода маловязкой жидкостью

Если продолжительность ожидаемого простоя «горячего» нефтепровода превышает безопасное время остановки перекачки, то для предотвращения его «замораживания» высоковязкая нефть должна быть вытеснена маловязкой жидкостью.

В общем случае вытеснение осуществляется в 2 этапа: при постоянном и при переменном давлениях.

Во время первого этапа вытеснение осуществляется при максимально допустимом давлении Рд. Мгновенный расход нефти в момент времени т равен

Q,(T) = -

\/M,+N,x где М„ N, - расчетные коэффициенты

(7.93)

М,=--; N,=-g-(P-fP-) ; (7.94)

P,-p,p-g-(Az + H„„) P,-p,p-g-(Az+H„„)

Pi, p2 - плотность соответственно высоковязкой нефти и маловяз-