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

v„ - кинематическая вязкость воды; v,,, ~ кинематическая вязкость и плотность газа; X - коэффициент гидравлического сопротивления при течении нефти с приведенной скоростью; а - угол наклона трубопровода к горизонту.

§ 13.7. Примеры расчетов

Пример 13.1. Определить оптимальные параметры катодной защиты магистрального трубопровода диаметром 820 мм, длиной 1200 км, имеющего толщину стенки, равную 9 мм. Трубопровод прокладывается по местности, участки которой имеют следующие значения удельного электросопротивление грунта:

Распределение грунтов различного электросопротивления натрюсе трубопровода

Дренажная линия - воздушная с подвеской алюминиеюго провода на деревянных столбах с железобетонными приставками. Начальное переходное сопротивление «трубопроюд - грунт» равно 9000 Ом-м1 Средняя стоимость электроэнергии - 0,02 руб/кВтч, (цены 1980 г.) показатель скорости старения покрытия - 0,125 1/год. Анодное заземление выполнить из электродов длиной 1,4 м, диаметром 0,03 м, массой 10 кг, устанавливаемых непосредственно в грунт. Стоимость одного электрода - 20 р., электрохимический эквивалент материала электродов - 0,2 кгДАтод).

Решение

1. Среднее значение удельного электросопротивления грунта вдоль трассы трубопровода по формуле (1.13)

г.ср

= 170-0,1 + 1800,1+700,2+400,1+200,2-И0 0,3 = 60 Ом-м

2. Продольное сопротивление единицы длины трубопровода по формуле (13.5)

К= =10,68-10-

.-6 Ом

3,14-0,009(0,82-0,009)

3. Сопротивление единицы длины изоляции к концу нормативного срока службы СКЗ по формуле (13.6)

R„3(x„c) =

9000 3,14-0,82

.е-«>" =1066,0

Ом м

4. То же в среднем за нормативный срок службы СКЗ по формуле (13.7)

R 9000

3,14-0,82-0,125-9,5

(1-е-°-"-) = 2045,8

5. Среднее значение входного сопротивления трубопровода за нормативный срок эксплуатации катодных установок по формуле (13.10)

= 0,5Vl0,68 -10- - 2045,8 = 73,9 -10- Ом.

6. То же к концу нормативного срока эксплуатации по формуле (13.9)

=0,5ViO,6810--1066,0 = 53,3-10-Om.

7. Постоянная распределения токов и потенциалов вдоль трубопровода к концу нормативного срока эксплуатации катодных установок по формуле (13.4)

10,68-10"

= 1-10-"

1066,0

8. Задаем удаление анодного заземления от трубопровода У - 350 м и определяем параметр G по формуле (13.2)

- = 0,512.

2-3,14-53,3-10--350 9. Коэффициент взаимного влияния СКЗ по формуле (13.8)

1 + J1-

,0,55

= 0,574.

•(1 + 0,512)

10. Протяженность зоны защиты трубопровода одной СКЗ к концу нормативного срока эксплуатации по формуле (13.1)

е -

скз j jQ-4

0,55

= 14957м.

0,574-0,3(1 + 0,512) 11. Среднее значение силы тока нагрузки СКЗ по формуле (13.11)

0,55

п=3,80 А

73,9 -10- - [1 + 2 ехр(1 • 10"" -14957) + 0,512

12. Примем, что глубина заложения середины электродов анодного заземления h равна 2,2 м, а расстояние между ними равно 7 м.

Тогда сопротивление растеканию с одиночного вертикального электрода по формуле (13.21)

R,B =

0,16-60

2-1.4 1, 4-2,2 + 1,4 In-+ -ln--

= 32,2 Ом.

0,03 2 4-2,2-1,4,

13. Примем число электродов анодного заземления п = 5 и по формулам (13.25) вычислим коэффициенты А; и Ъ. Расчет коэффициентов представим таблицей:

14. Сопротивление растеканию с центрального электрода заземления по формуле (13.23)

(0,1 + Vl + 0,1)

0,63 + 0,1+ Vl +(0,63+ 0,1)

0,63-0,1 +Vl+ (0,63-0,1)

+ ln

(0,05 + л/1 + 0,05)-

0,31 + 0,05 + Jl +(0,31 + 0,05)

0,31-0,05+ л/1+ (0,31-0,05)

= 36 Ом.

15. Сопротивление растеканию с крайнего электрода анодного заземления по формуле (13.23)

R,=32,2 +

2-3,14-1,4

(0,1 +л/1 + 0,1)

0,63+ 0,1 + /1 +(0,63+ 0,1)

0,63-0,1 + л/1 + (0,63-0,1)

(0,05 + 1 + 0,05)-

0,31 + 0,05+ л/1 +(0,31+ 0,057

0,31-0,05 + /1+ (0,31-0,05)

+ 1п

(0,033 + 1 + 0,033)-,

/0,21+ 0,033 +Vl+ (0,21+ 0,033)

10,21-0,033+ л/1+ (0,21-0,033)

+ 1п

(0,025 + 1 +0,025)-

0,16 + 0,025 + 1+ (0,16 + 0,025)

0,16 - 0,025 + 7l + (0,16 - 0,025)

= 34,9 Ом.

8.Коэффициент экранирования электродов анодного заземления по формуле (13.22)

2-32 2

17. Оптимальное число электродов анодного заземления по формуле (13.29)

п;=4,13-

8,76-32,2-0,02

= 5,16

V 20-0,95-0,7-0,91-(0,15+ 0,148)

То есть принятое и расчетное число электродов совпадают.

18. Сопротивление растеканию тока с анодного заземления по формуле (13.16)

32 2

R= = 7,08 Ом. " 5-0,91

19. Оптимальное сечение дренажного провода по формуле (13.30)

ч Qs-s / 0,029-0,02 ,

Ьп =2,95-3,8- -=5,9 мм .

V 0,01-0,7(0,15+ 0,148)

По табл. 13.8 выбираем ближайшее большее сечение серийно выпускаемых проводов, которое равно S„p = 16 мм (провод А-16).

20. Сопротивление дренажной линии по формуле (13.14)

R„p =0,029 = 1,06 Ом.

21. Среднее значение напряжения на выходных контактах СКЗ по формуле (13.13)

АЕ,р=(0,55-0,3) + 3,8(1,06 + 7,08) = 31,2 В.

22. Средняя величина мощности, потребляемой СКЗ, по формуле (13.12)

Р,„ =3,8-31,2 = 118,6 Вт.

23. В соответствии с найденными значениями Ipp, АЕр и Рз по табл. 13.7 выбираем тип катодной станции - КСТ (КСК)-500 с параметрами: мощность - 0,5 кВт; напряжение на контактах - 10,50 В; ток - 10А; стоимость - 122 руб.

24. Выполняем расчет экономических показателей катодной защиты при принятом удалении анодного заземления от трубопровода: - стоимость одного заземления по формуле (13.22)

Кз =20-5 = 100руб;

- стоимость опор воздушной линии по формуле (13.33)

К =2-85 + 25

350

= 320руб;

- стоимость провода воздушной линии по формуле (13:34)

Кпр = (0,01-9,6 +1,3)-350 = 488,6 руб ;

- капитальные затраты на одну СКЗ по формуле (13.35)

Кз =100 + 320 + 488,6 + 122 = 1030,6 руб;

- стоимость электроэнергии, потребляемой одной СКЗ

Э =0,02--8760 = 20,8;

1000 год

- удельные приведенные затраты на катодную заш;иту

П 20,8 + 1030,6 (0,15 + 0,148) руб

1 ~ 14,957 км

25. Задавая другие значения удаления анодного заземления от трубопровода, аналогично вычисляем удельные приведенные затраты на катодную защиту и для них. Результаты расчетов представим таблицей.

Результаты расчетов по определению оптимального удаления анодного заземления от трубопровода.

26. По результатам расчета строим график в координатах «П/ i У», откуда видно, что оптимальным удалением анодного заземления является У = 350 м.

27. Для варианта, когда удельные приведенные затраты на катодную защиту минимальны, т.е. У = 350 м, определяем необходимое число СКЗ для защиты всего трубопровода

14957

28. Срок службы анодного заземления, установленного в грунт, по формуле (13.26)

10-0,95-5

Поскольку срок службы анодного заземления превышает 10 лет, то, следовательно, катодная защита трубопровода обеспечена. В противном случае необходимо было бы увеличить число электродов анодного заземления.

Пример 13.2. Рассчитать входное сопротивление и постоянную распределения токов и потенциалов вдоль системы параллельно уложенных трубопроводов, имеющих одинаковое состояние изоляционного покрытия (Rn = 1000 Ом.м) и следующие диаметр D и толщину стенки 5:

1-й трубопровод: D, = 1020 мм; 5, = 10 мм; 2-й трубопровод: = 720 мм; 63 = 9 мм; 3-й трубопровод: D3 = 529 мм; 83 = 8 мм.

Трубопроводы уложены в грунт со средним удельным электросопротивлением г,,,р = 20 0мм на расстоянии В = 10 м друг от друга.

Решение

1. По формуле (13.5) находим продольное сопротивление единицы длины трубопроводов

0,245

3,14-10(1020-10)

= 7,73-10

,-6 Ом м

Аналогично находим

R =12.2-10-R3 =18.7-10-

2. Эквивалентное продольное сопротивление 1-го и 2-го трубопроводов по формуле (13.37)

ТЭ1-2

7,73-10--12,2-10 7,73-10-+12,2-10"

= 4,73-10

3. Эквивалентное продольное сопротивление всех трех трубопроводов

T3, j ,

4,73-10"-18,7-10"