Решение. 1. Выбираем диаметр нефтепровода, равный 530 мм

1. Выбираем диаметр нефтепровода, равный 530 мм. Для трубы данного диаметра и протяженности 425 км расчетное число дней работы равно 356.

2. По формуле (2.2) находим расчетную производительность нефтепровода

.

3. В соответствии с найденной производительностью выбираем насосы для оснащения насосных станций: подпорные – НПВ 1250-60 и основные – НМ 1250-260.

По табл.2 и 4 приложения 2 выбираем насосы с наибольшим диаметром.

Напор этих насосов при расчетной часовой подаче составляет

;

.

4. Полагая число основных насосов m _мн = 3, по формуле (2.4) рассчитываем рабочее давление на выходе головной насосной станции

Запорная арматура на нефтепроводах рассчитана на давление P _д = 6,4 МПа, поэтому условие (2.5) не выполняется. Необходимо принять к применению ротор меньшего диаметра.

Излишний напор составляет

.

Так как допустимый кавитационный запас насосов НМ 1250-260 составляет 20 м, то напор подпорных насосов можно существенно уменьшить. Принимая к использованию ротор с наименьшим диаметром (445 мм), находим

.

С учетом данной замены суммарный избыточный напор составляет

,

т.е. избыточный напор одного основного насоса составляет 38 м.

Полагая, что будет использован ротор с диаметром 395 мм, находим

.

Таким образом, напор одного основного насоса уменьшен на

269,2 – 221,1 = 48,1 м > 38 м.

Проверим возможность использования ротора диаметром 418 мм. Для него

.

Уменьшение напора одного основного насоса составляет 250,3 – 221,1 = 29,2 м, что недостаточно.

Таким образом, рабочее давление головной насосной станции составляет

.

5. Полагая, что нефтепровод строится из труб Харцызского трубного завода (ТУ 322-8-10-95) по табл.1 приложения 1 находим, что для стали 13 ГС σ_вр = 510 МПа; σ_т = 353 МПа; k ₁ = 1,34; δ_н = 8,9 и 10 мм. Так как D _н < 1 м, то k _н = 1. Так как трубопровод II категории, то m ₀ = 0,75.

По формуле (2.8) вычисляем расчетное сопротивление металла труб

6. Расчетная толщина стенки нефтепровода по формуле (2.9)

.

Округляем найденное значение до ближайшего большего стандартного значения δ_н = 8 мм. Предположим, что после проведения всех проверок согласно [3], окончательная толщина стенки δ_н = 9 мм.

7. Внутренний диаметр нефтепровода по формуле (2.13)

8. Секундный расход нефти и ее средняя скорость по формулам (2.14), (2.15):

9. Число Рейнольдса по формуле (2.17)

т.е. режим течения нефти турбулентный.

10. Относительная шероховатость трубы при k _э = 0,2 мм

.

11. Первое переходное число Рейнольдса по формуле (2.19)

.

Так как Re < Re₁, то течение нефти происходит в зоне гидравлически гладких труб и коэффициент гидравлического сопротивления вычисляем по формуле (2.20):

.

12. Гидравлический уклон в нефтепроводе по формуле (2.25)

.

13. Так как L < 600 км, то N _э = 1. По формуле (2.33) вычисляем полные потери в трубопроводе (полагаем H _кп = 30 м)

H = 1,02 × 0,00704 × 425 × 10^{3 –} 125,5 + 1 × 30 = 2956,3 м.

14. Расчетный напор одной станции по формуле (2.35)

H _ст = 3 × 221,1 = 663,3 м.

15. Расчетное число насосных станций по формуле (2.37)

.

Найденное количество станций округляем до пяти.

16. Выполняем расчеты для построения совмещенной характеристики нефтепровода и насосных станций, результаты которых сводим в табл.10.1.

 

Таблица 10.1

Данные для построения совмещенной характеристики

 

Q, м3/ч		H = h пн + n н h мн при n н
	452,6	3230,1	3494,1	3758,1	4022,1
	1018,8	3121,8	3377,0	3632,2	3887,4
	1748,0	2970,5	3213,4	3456,3	3699,2
	2628,7	2776,1	3003,2	3230,3	3457,4
	3652,5	2538,7	2746,5	2954,3	3162,1
	4813,1	2258,2	2443,2	2628,2	2813,2

 

На рис.10.1 приведена совмещенная характеристика нефтепровода и насосных станций при общем числе работающих насосов n _н = 12, 13, 14 и 15. Видно, что при данном количестве работающих насосов производительность нефтепровода составляет соответственно 1036, 1071, 1105 и 1136 м³/ч.

 

 

Рис.10.1. Совмещенная характеристика нефтепровода и насосных станций

для условий примера 10.5

 

1 – n _н = 12, Q = 1036 м³/ч; 2 – n _н = 13, Q = 1071 м³/ч; 3 – n _н = 14, Q = 1105 м³/ч;

4 – n _н = 15, Q = 1136 м³/ч

Таким образом, проектная производительность нефтепровода обеспечивается при работе на станциях 13 насосов.

При распределении этого количества насосов по станциям необходимо учитывать следующее: большее их число должно быть установлено на станциях, расположенных в начале трубопровода, меньшее – в конце; для удобства обслуживания линейной части четвертый и пятый перегоны между станциями должны быть примерно одинаковой длины. Таким образом, выбираем схему включения насосов на насосных станциях 3 – 3 – 3 – 2 – 2.

Пример 10.6. Для условий примера 10.5 рассчитать необходимую концентрацию противотурбулентной присадки, обеспечивающую выполнение проектной производительности нефтепровода четырьмя насосными станциями. Длина последнего участка l _п = 120 км.