CC BY
28
УДК 622.692.4
https://doi.org/10.24411/0131-4270-2018-10503
РАСЧЕТ ОТКАЧКИ ПРИ РЕМОНТЕ ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНТЕГРАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ИСТЕЧЕНИЯ
В.М. ГАЛЛЯМОВ, ведущий инженер
АО «Транснефть-Урал»(Россия, 450077, Республика Башкортостан, г Уфа, ул. Крупской, д. 10). _
И.Т. АЙДАГУЛОВ, магистрант Т.А. ЯНБАРИСОВ, магистрант
Р.М. КАРИМОВ, к.т.н., доцент кафедры транспорта и хранения нефти и газа Б.Н. МАСТОБАЕВ, д.т.н., проф., завкафедрой транспорта и хранения нефти и газа ФГБОУ ВО Уфимский государственный нефтяной технический университет (Россия, 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, д. 1). E-mail: karimov_rinat@mail.ru, E-mail: mastoba@mail.ru
Приведены результаты исследований по определению параметров откачки с использованием интегральной модели истечения, ранее описанной в [1, 2], для случаев откачки с помощью насосов перекачивающей станции в резервуарный парк и откачки при помощи передвижных насосных установок во временные амбары и действующие трубопроводы, проложенные в одном технологическом коридоре с ремонтируемом участком. Получены системы уравнений для определения времени откачки в указанных случаях. В частности, при откачке с помощью передвижных насосных установок приведена зависимость напора установки от падения уровня взлива в наклонном участке профиля опорожняемого трубопровода и от величины противодавления в действующем трубопроводе, в который осуществляется откачка. Для последнего случая получена система уравнений, позволяющая точно рассчитать максимально допустимый расход безопасной подкачки, исключающий превышение разрешенных уровней давлений в трубопроводе, в который осуществляется закачка. Предложено использование расчетных значений допустимых расходов подкачки в виде кривых, наложенных на сводные графики рабочих режимов в дополнение к линиям профилей, гидравлических уклонов и несущих способностей, что позволит исключить риски возникновения аварийных ситуаций, связанных с превышением допустимых уровней давлений в трубопроводе, в которых осуществляется откачка освобождаемых объемов с помощью передвижных насосных установок.
Ключевые слова: трубопровод, опорожнение, интегральная модель истечения, расчет откачки, методика, передвижная насосная установка, расход подкачки.
Опорожнение ремонтируемых участков нефте- и продук-топроводов при выполнении ремонтных работ на линейной части связаны с необходимостью определения потребных объемов и времени освобождения трубопровода для тщательного планирования материально-временных затрат [3, 4]. В соответствии с [5-7] на объектах трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов при необходимости откачки из зоны работ используют следующие схемы:
- самотечное опорожнение продукта во временные амбары и резервуары перекачивающих станций (НПС);
- откачка в резервуарный парк насосами перекачивающей станции;
- откачка с помощью передвижных насосных установок (ПНУ) во временные амбары и действующие трубопроводы, проложенные в одном технологическом коридоре.
Решение данных задач, согласно действующему нормативному документу [5], связано с решением графоаналитических задач, представляющих метод с большим количеством последовательных шагов расчета. Чем больше шагов, тем выше точность, однако с увеличением протяженности опорожняемых участков трубопровода трудоемкость
расчетов многократно возрастает, при этом точность падает из-за роста систематической погрешности с каждым последующим шагом в зависимости от качества исходных данных (профили в графическом виде) и принятых усреднений в процессе расчета, производимых согласно [5, 8].
В работах [1-2] обоснованы преимущества разработанной интегральной модели истечения. Для случая самотечного опорожнения были предложены алгоритмы расчета, позволяющие полностью автоматизировать расчеты по определению времени опорожнения.
Используя полученные зависимости [1], рассмотрим прочие наиболее сложные случаи - откачку с использованием насосов последующей за ремонтируемым участком трубопровода НПС и опорожнение зоны ремонтных работ при помощи ПНУ с закачкой в амбары или действующий трубопровод, проложенный в одном технологическом коридоре с ремонтируемым.
Составим расчетную схему откачки в резервуарный парк при помощи насосов перекачивающей станции, расположенной по пути следования после опорожняемого участка трубопровода (рис. 1).
Рис. 1. Расчетная схема откачки в резервуарный парк НПС
Уравнение баланса напоров для участков до (опорожняемый участок трубопровода) и после НПС (резервуарный парк):
= ( z2 + ДЛдоп ) + Лт-
-дл
доп
~Нст = ^ ■
Ло
-л.
(1)
z - лт. „ = Zз + Лост + Лт
-Нс
== z■
z-в
3 +Лост ■
Q'
2-т дт
D
5-т
•1^1 +
sin а
, О2'т •9т
D
5-т
•^2 - пмн
•( А-ВО2).
(3)
tn
! о
(4)
|Рис. 2. Совмещенная гидравлическая характеристика при откачке во временные амбары при помощи ПНУ
Исходя из минимальнодопустимого подпора на входе НПС, уравниваем участки до и после НПС и решаем систему уравнений:
Т1-2 _3 ' ост • Т2-з ' 'С1 (2)
Дифференциальный напор станции равен числу магистральных насосов, включенных на НПС, помноженному на напор, развиваемый одним насосом (характеристику насоса). Потери выражаются через формулу Лейбензона для получения явной зависимости от расхода:
Участок до НПС складывается из постоянной и переменной длин в зависимости от падения уровня взлива в опорожняемом участке (рис. 3). Решение этого уравнения как функции Q = сводится к определенному интегралу с границами в диапазоне высотных отметок наклонного участка:
z + А-ВО2 =Д + в
о2-тдат б5-т
(5)
В случае, когда при откачке меняются режимы течения жидкости, для расчета пределов изменения расхода и времени опорожнения используются специальные автоматизированные алгоритмы, аналогичные методам расчета граничных расходов и времени откачки при самотечном опорожнении [1-2].
Задача по расчету времени опорожнения с помощью ПНУ (рис. 2) сводится к учету влияния изменения уровня на подпор насоса. Для решения данной задачи необходимо построить совмещенную характеристику ПНУ и обвязки (всасывающей и нагнетательной линии):
При откачке в действующий трубопровод (рис. 3) характеристика трубопроводной обвязки смещается вверх на величину напора в точке врезки (рабочего давления трубопровода Р):
2 Р z + А-ВО2 =Д + — + в
рд
о2-тдат
б
5-т
I.
(6)
Время откачки определяется определенным интегралом (4) в границах изменения уровня взлива наклонного участка опорожняемого трубопровода, выступающего в роли гидростатического подпора для ПНУ, под действием которого характеристика ПНУ смещается вверх на величину 7к<7<7н. Рабочая точка с падением статики также
н
|Рис. 3. Совмещенная гидравлическая характеристика при откачке в действующий трубопровод под давлением при помощи ПНУ
смещается влево вниз, то есть расход откачки ПНУ меняется в диапазоне от Qmax до Qmjn.
Если минимальный расход откачки при помощи ПНУ ограничивается кавитационным запасом используемых центробежных агрегатов, то в случае закачки высвобожденного продукта в действующий соседний трубопровод также имеет не менее важное значение и максимальный расход откачки - критическая величина безопасной подкачки в точке врезки для исключения возможности превышения
допустимых давлений в трубопроводе, в который осуществляется закачка откачиваемого продукта.
Критическую подкачку qподк определяем из максимально допустимого значения напора Нмах на выходе из НПС, предшествующей точке подкачки в месте врезки в трубопровод (рис. 4).
Определение критического расхода подкачки сводится к сопоставлению данного значения с максимальным расходом откачки при помощи ПНУ, в процессе которой должно соблюдаться следующее условие:
qПНУmax < 1подк ■
(7)
Графическая схема для определения максимально допустимого расхода подкачкив действующий трубопровод, представлена на рис. 5.
Таким образом, допустимая подкачка в действующий трубопровод будет определятся исходя из следующей системы уравнений:
Н0
2-т • ат _ — D5-m 1 _ рд
— р(°1 ^одкГ' атп _/)+н
рд "Р D5-m ^ /1} + Нвхт
/ Р П2-т пт
^ + п•(А-ВП2)_ — + РЦ ■ п /1 п \ ' рд D 1
(8)
Рис. 6. Кривые допустимых расходов безопасной подкачки (красные лини) на профиле трассы с эпюрами падения давления (линии гидроуклона)
Рис. 4. Влияние подкачки на режим действующего трубопровода
| Рис. 5. Графическая схема определения допустимой подкачки
Рассчитанные вышеописанным методом значения допустимых подкачек предлагается использовать при эксплуатации магистральных трубопроводов для транспорта стабильных жидких углеводородов, путем наложения кривых допустимых расходов подкачек на сводный график рабочих давлений, на котором также представлены профиль трассы с эпюрами падения давлений (линии гидравлического уклона) и несущей способностью труб (рис. 6).
Использование кривых допустимых расходов подкачки исключит риск возникновения аварийных ситуаций, связанных с превышением допустимых давлений на трубопроводе, в который осуществляется откачка с ПНУ.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Каримов Р.М., Галлямов В.М., Мастобаев Б.Н. Исследование процессов истечения нефти при опорожнении трубопровода для ремонтных работ. Интегральная модель расчета времени опорожнения // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья, 2015. № 4. С. 9-13.
2. Каримов Р.М., Галлямов В.М. Расчетный алгоритм определения времени самотечного опорожнения трубопровода / Тез. докл. Межд. науч.-техн. конф., посв. памяти акад. А.Х. Мирзаджанзаде. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2016. С. 87-88.
3. Галлямов В.М., Каримов Р.М. Способы опорожнения ремонтируемых участков при выборочном ремонте линейной части нефтепровода / Тез. докл. IX Межд. учеб.-науч.-практ. конф. «Трубопроводный транспорт - 2013». Уфа: Изд-во УГНТУ, 2013. С. 76-78.
4. Галлямов В.М., Каримов Р.М. Недостатки и перспективы методов выборочного ремонта линейной части с разгерметизацией нефтепровода / Тез. докл. IX Межд. учеб.-науч.-практ. конф. «Трубопроводный транспорт -2013». Уфа: Изд-во УГНТУ, 2013. С. 78-79.
5. РД-75.180.00-КТН-362-09. Методика расчета объемов и времени освобождения от нефти участков магистральных нефтепроводов для проведения плановых работ.
6. РД-75.180.00-КТН-399-09. Технология освобождения нефтепроводов от нефти и заполнения после окончания ремонтных работ.
7. РД-75.180.00-КТН-159-13. Вырезка и врезка «катушек», соединительных деталей, заглушек, запорной и регулирующей арматуры. Подключение участков магистральных нефтепроводов. Организация и выполнение работ.
8. РД-75.180.00-КТН-198-09. Унифицированные технологические расчеты объектов магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов.
CALCULATIONS OF PIPELINE EMPTYING WHILE REPAIRING BY USING OF INTEGRAL OUTFLOW MODEL
GALLYAMOV V.M., Lead Engineer
Transneft Urals, JSC (10, Krupskoy St., 450077, Ufa, Russia).
AIDAGULOV I.T., Undergraduate of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas.
YANBARISOV T.A., Undergraduate of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas.
KARIMOV R.M., Cand. Sci. (Tech.), Department of Transport and Storage of Oil and Gas.
MASTOBAEVB.N., Dr. Sci. (Tech.), Prof., Head of Department of Transport and Storage of Oil and Gas.
Ufa State Petroleum Technical University (USPTU) (1, Kosmonavtov St., 450062, Ufa, Russia). E-mail: karimov_rinat@mail.ru, E-mail:
mastoba@mail.ru
ABSTRACT
The results of researches on the determination of pipeline pumping parameters using the integrated model of the flow, previously described in [1,2], are given for pumping cases using the pumping station's pumps into the tank farm and pumping using mobile pumping stations into temporary barns and existing pipelines laid in one technological corridor with repaired area. Systems of equations for determining the pumping time in the specified cases are obtained. In particular, when pumping via mobile pumping units, the pressure of the unit is shown as a function of the drop in the filling level in the inclined section of the profile of the pipeline being emptied and on the back pressure in the existing pipeline to which the pumping is carried out. For the latter case, a system of equations has been obtained that allows us to accurately calculate the maximum allowable safe pumping flow rate, which excludes exceeding the allowed pressure levels in the pipeline to which injection is carried out. It is proposed to use calculated values of allowable pumping costs in the form of curves superimposed on summary schedules of operating modes in addition to pipeline profile lines, hydraulic slopes and bearing capacities, which will eliminate the risks of emergency situations associated with exceeding permissible pressure levels in the pipeline to which pumping is performedvolumes released using mobile pumping units.
Keywords: pipeline, pipeline emptying, integrated flow model, pumping calculation, method, mobile pumping unit, pumping flow rate.
REFERENCES
1. Karimov R.M., Gallyamov V.M., Mastobayev B.N. Study of oil outflow processes during pipeline emptying for repair work. Integral model for calculating the emptying time. Transport i khraneniye nefteproduktov i uglevodorodnogo syrya, 2015, no. 4, pp. 9-13 (In Russian).
2. Karimov R.M., Gallyamov V.M. Raschetnyyalgoritm opredeleniya vremenisamotechnogo oporozhneniya truboprovoda [The computational algorithm for determining the time of gravity emptying of the pipeline]. Trudy Mezhd. nauch.-tekhn. konf., posv. pamyati akad. A.KH. Mirzadzhanzade [Proc. of Intl. scientific- technical Conf. dedicated to the memory of academician A.KH. Mirzadzhanzade]. Ufa, 2016, pp. 87-88.
3. Gallyamov V.M., Karimov R.M. Sposoby oporozhneniya remontiruyemykh uchastkov pri vyborochnom remonte lineynoy chastinefteprovoda [Methods of emptying the repaired areas during the selective repair of the linear part of the pipeline]. Trudy IX Mezhd. ucheb.-nauch.-prakt. konf. «Truboprovodnyy transport - 2013» [Proc. of IX Int. study scientific and practical. conf. «Pipeline transport - 2013»]. Ufa, 2013, pp. 76-78.
4. Gallyamov V.M., Karimov R.M. Nedostatki i perspektivy metodov vyborochnogo remonta lineynoy chasti s razgermetizatsiyey nefteprovoda [Disadvantages and prospects for selective repair of the linear part with depressurization of the pipeline]. Trudy IX Mezhd. ucheb.-nauch.-prakt. konf. «Truboprovodnyy transport - 2013» [Proc. of IX Int. study scientific and practical. conf. «Pipeline transport - 2013»]. Ufa, 2013, pp. 78-79.
5. RD-75.180.00-KTN-362-09. Metodika rascheta ob»yemovi vremeni osvobozhdeniya ot nefti uchastkovmagistral'nykh nefteprovodovdlya provedeniya planovykh rabot [Ruling Document -75.180.00-KTN-362-09. The method of calculating the volume and time of release from oil sections of trunk pipelines for the planned works].
6. RD-75.180.00-KTN-399-09. Tekhnologiya osvobozhdeniya nefteprovodov ot nefti i zapolneniya posle okonchaniya remontnykh rabot [Ruling Document -75.180.00-KTN-399-09. The technology of freeing oil pipelines from oil and filling after the completion of repair work].
7. RD-75.180.00-KTN-159-13. Vyrezka i vrezka «katushek», soyedinitel'nykh detaley, zaglushek, zapornoy i reguliruyushchey armatury. Podklyucheniye uchastkov magistral'nykh nefteprovodov. Organizatsiya i vypolneniye rabot [Ruling Document -75.180.00-KTH-159-13. Cutting and inset of «coils», fittings, plugs, stop and control valves. Connecting sections of trunk pipelines. Organization and performance of work.].
8. RD-75.180.00-KTN-198-09. Unifitsirovannyye tekhnologicheskiye raschety ob»yektov magistral'nykh nefteprovodov i nefteproduktoprovodov [Ruling Document -75.180.00-KTN-198-09. Unified technological calculations of the objects of main oil pipelines and oil product pipelines].
