Potřebu zvýšit propustnost plynovodů je třeba čelit jak během procesu projektování, tak během jejich provozu. Nárůst průtočné kapacity je způsoben postupným uváděním plynovodů do provozu. Velkou roli hrají také změny ve směru a síle toků plynu v důsledku objevování nových nalezišť plynu, výstavby nových průmyslových zařízení, měst atd. Obecně platí, že se zvýšením propustnosti systému se může počáteční a konečný tlak změnit. To závisí na míře přetížení stávající části systému, na vlastnostech instalovaného hlavního zařízení a také na tom, zda je nutné rozšíření stávajících kompresorových stanic či nikoli. Vzhledem k tomu, že umístění kompresorové stanice je předem určeno, musí být výpočet nárůstu výkonu zpravidla proveden pro každý úsek mezi kompresorovými stanicemi a v budoucnu se budou všechny parametry vztahovat k jednomu úseku.
V případě potřeby lze zvýšit produktivitu plynovodů několika způsoby:
– zdvojnásobení počtu kompresorových stanic;
– změny provozních tlaků v plynovodu;
– smyčkové těsnění nebo vložka.
Po zdvojnásobení počtu CS se délka úseku mezi nimi zkrátí na polovinu a průtok v plynovodu v režimu kvadratického proudění bude podle (59):
Takže jako počáteční průtok v plynovodu:
pak zvýšení produktivity plynovodu:
Looping je paralelní plynovod vybudovaný na určitém jeho úseku. Vložka je plynovod většího průměru, který nahrazuje určitý úsek hlavního plynovodu. Ve všech těchto dvou případech se zvětší průřez určité délky plynovodu, v důsledku čehož se v tomto úseku sníží rychlost proudění, čímž se sníží hydraulický odpor celého plynovodu. To znamená, že se zvyšuje jeho propustnost. Délka smyčky a vložky potřebná ke zvýšení propustnosti plynovodu χ krát se určí z následujících výrazů:
Zde Dл zhene Dв – průměry smyčkových a vložkových trubek.
V současné době se projektuje a je v provozu značný počet vícepotrubních plynovodů. Každý následující závit systému ve výstavbě je připojen ke stávajícím dílům tak, jak jsou připraveny; Zároveň dojde k určitému zvýšení propustnosti. Spojovanou část nitě ve výstavbě lze tedy považovat za smyčkování. Kufrové plynovody jsou konstruovány vícepramenné nejen z důvodu spolehlivosti, ale především proto, že průmyslově vyráběné trubky největšího průměru nedokážou zajistit uvedenou průchodnost. Proto jsou vícepotrubní plynovody ve většině případů stavěny z potrubí stejného průměru. Pak Dл=D и
Smyčku lze použít ne ke zvýšení propustnosti, ale ke zvýšení tlaku na konci stupně při zachování konstantního (maximálního) tlaku na začátku. Pro zajištění lepších provozních parametrů CS může být nutné zvýšení konečného tlaku.
Při zvyšování průchodnosti plynovodního systému navýšením kompresorové stanice je nutné koordinovat provozní režimy sousedních stupňů a kompresorových stanic. Na úseku mezi dvěma kompresorovými stanicemi můžete dodatečně postavit libovolný počet kompresorových stanic. Na základě technických a ekonomických výpočtů se ukazuje, že zpravidla je vhodné pouze zdvojnásobení CS. Výjimkou je náběhové období, které je rozděleno do několika etap. Počáteční fází je dodávka plynu bez kompresoru plynovodem v důsledku tlaku v zásobníku. Poté jsou kompresorové stanice uváděny do provozu v několika etapách. Paralelní čáry lze konstruovat současně v různých fázích. Na základě jednotnosti zařízení používaných na kompresorových stanicích může být nárůst počtu kompresorových stanic v různých fázích rozvoje plynovodů pouze několikanásobný.
Při výpočtu plynovodů vedených ve velmi nerovném terénu je v obecném případě nutné vzít v úvahu nejen počáteční a konečné převýšení, ale také převýšení mezilehlých bodů na trase. V tomto případě se předpokládá, že nadmořská výška počátečního bodu plynovodu je nulová. Značky charakteristických bodů profilu umístěné nad počátečním bodem budou mít kladné hodnoty a značky níže budou mít záporné hodnoty. Podle norem technologického řešení plynovodů by měl být terén zohledněn v případech, kdy jsou na trase body umístěné nad nebo pod výchozím bodem plynovodu o více než 200 m. Představme si, že takový plyn Potrubí se skládá z přímých šikmých úseků, které jsou navzájem spojeny.
V tomto případě se nejprve provede předběžný výpočet plynovodu bez zohlednění terénu. Pokud je reliéf odtahové trasy modelován přerušovanou čarou sestávající z np rovné úseky s délkami L1, L2. Lnp a nivelační výšky z1, z2. znp (pro výchozí bod z=0), pak se výsledky výpočtu změní následovně (obr. 5).
Denní komerční propustnost plynovodu se s přihlédnutím k úlevě rovná:
kde je průchodnost plynovodu bez zohlednění odlehčení a
– korekční faktor výšky,
Konečná (skutečná) hodnota tlaku na konci stupně a při zohlednění úlevy:
Ze vzorce (88) zejména vyplývá, že průchodnost plynovodu 1-2-3-4 je menší než průchodnost vodorovného plynovodu 1-5 stejné délky a stejného průměru (obr. 6 ). Vliv typu profilu trasy na průchodnost je dán tím, že na začátku potrubí je hustota plynu větší než na konci.
Hlavní literatura: 1 základna [159-161], 2 hlavní. [146-149, 163-168],
3 hlavní [165-171, 199-201], 5 hlavních. [88-97]
Doplňková literatura: 3 další [26-29]
Testovací otázky:
Co lze udělat pro zvýšení propustnosti plynovodu?
Jaká je délka smyčkování a vložky potřebná ke zvýšení průchodnosti plynovodu χ krát?
Jak se může zvýšit počet kompresorových stanic v různých fázích rozvoje plynovodů?
Při provozu hlavních ropovodů mohou nastat okolnosti, které si vyžádají přerozdělení nákladních toků přepravované ropy. Východiskem z této situace může být buď výstavba nových (paralelních) ropovodů, nebo zvýšení kapacity stávajících ropovodů.
Druhá možnost může být realizována změnou (QH) charakteristik čerpacích stanic nebo lineární části potrubí, ve které se pracovní bod pohybuje doprava. Toho lze dosáhnout následujícími způsoby: vybudováním dalších stanic na liniových úsecích mezi stávajícími (zdvojnásobení počtu rozvoden) nebo položením dalších smyček.
Teoretické řešení problému zvýšení produktivity stávajícího ropovodu je podrobně popsáno v [17,18]. V praxi je však zvýšení průchodnosti limitováno jak pevností potrubí, tak i možnostmi čerpacích jednotek.
Ve fázi návrhu potrubí se čerpadla vybírají na základě jejich provozních podmínek v zóně optimálního režimu, to znamená při nejvyšší hodnotě účinnosti. Posunutí pracovního bodu doprava vede ke změně provozního režimu čerpadel a v důsledku toho k opuštění jejich pracovní zóny. Při zdvojnásobení počtu rozvoden je tedy nevyhnutelná jejich rekonstrukce s výměnou čerpacích jednotek a také případná změna jejich schématu zapojení ze sériového na paralelní.
Ve fázi návrhu se tloušťka stěny potrubí zpravidla vypočítává na základě rozložení hydraulického spádového vedení ve všech možných režimech jeho provozu. Zdvojení čerpacích stanic vede k přerozdělení tlaků (tlaků) v lineárních úsecích ropovodu, což může vést k narušení pevnosti potrubí. Kromě toho je nutné vzít v úvahu pokles pevnosti potrubí s významnou dobou jeho provozu.
Zvýšení produktivity ropovodu z projektované hodnoty Q na určitou Q*je zohledněn faktorem zvýšení kapacity rovným= Q*/Q.
Zvažme možné možnosti zvýšení produktivity ropovodu.
Navýšení kapacity bez rekonstrukce čerpacích stanic (s HSTconst)
Pro zjednodušení předpokládejme, že všechny čerpací stanice jsou vybaveny stejným typem hlavních čerpadel pracujících podle sekvenčního schématu zapojení. Při zdvojení čerpacích stanic se pracovní bod posune z polohy АвВa produktivita stáří potrubí od návrhu Q=QPRna hodnotuQ1. Tlaky vyvinuté čerpadly PS se mírně sníží, tj. HSTkonst (obr. 1.34).
Jak je vidět z obrázku, hodnota Q1může výrazně překročit hodnotu Q, která odpovídá pravému okraji pracovní oblasti čerpadla. Implementace metody zdvojnásobení počtu PS (bez rekonstrukce) je tedy možná, pokud se pracovní bod přesune do polohyC, to znamená, že mezistanice druhého stupně by měly vyvinout nižší tlak (práce s menším počtem čerpadel). V tomto případě je vhodné zvýšit průchodnost ropovodu položením dalších smyček v lineárních úsecích, což umožňuje přesunout pracovní bod do polohyE.
Celkovou délku smyčky pro jeden provozní úsek ropovodu zjistíme ze společného řešení rovnic tlakové bilance:
při designovém výkonu
a po položení smyčky délka lЛ
Získáme řešení rovnic (1.104) a (1.105) v závislosti na průtoku
Koeficient zvýšení propustnosti určíme s přihlédnutím k (1.106) a (1.107) z rovnosti
Celková délka smyčky, zjištěná z výrazu (1.108) se známou hodnotou , bude
Umístění smyčkování na jednotlivých úsecích trasy se provádí s přihlédnutím k umístění čerpacích stanic a omezení horních toků a tlaků. Dále je třeba vzít v úvahu povolené tlaky v liniových úsecích a topografii trasy ropovodu.
Zvýšení kapacity rekonstrukcí čerpacích stanic (s HST=const)
Uvažujme případ, kdy se předpokládá zvýšení produktivity ropovodu s výměnou všech hlavních čerpadel na všech rozvodnách. Čerpadla se vybírají tak, aby tlak vyvíjený každou rozvodnou odpovídal projektované hodnotě, tedy HST=HPR=konst. V tomto případě by účinnost měla být největší v oblasti možného zvýšení produktivity ropovodu.
Pokud se počet PS zdvojnásobí, pracovní bod na kombinované charakteristice se posune z polohy Ado polohyB(Obr. 1.35).
Rýže. 1.35. Kombinované charakteristiky potrubí a rozvodny
1 – (QH) charakteristika ropovodu; 2 – (QH) charakteristika ropovodu se smyčkováním
Pojďme najít faktor zvýšení kapacity pro případ HST=konst. Napišme rovnici tlakové bilance:
pro n čerpací stanice (až zdvojnásobení PS)
a po zdvojnásobení PS
Koeficient zvýšení kapacity při zdvojení počtu rozvoden s přihlédnutím k (1.110) a (1.111) bude
Pokud předpokládáme rovnost H=z+hOST, pak z (1.112) získáme
Stanovme délku smyčky, která zajistí stejné zvýšení produktivity jako při zdvojnásobení počtu čerpacích stanic (Л =Д). V tomto případě bude pracovní bod kombinované charakteristiky odpovídat boduC(obr. 1.35). Napište rovnici tlakové bilance pro ropovod se smyčkou
Řešení společně (1.110) a (1.114) pro lЛ, dostaneme
Po analýze vlivu režimu proudění na koeficient zvýšení průchodnosti Дa relativní délka smyčkyЛ /L. z toho vyplývá, že za podmínek laminárního proudění oleje je účinnost zdvojnásobení PS a použití smyčkování (LЛ= L) je to samé. V režimu turbulentního proudění převyšuje účinek použití smyčkování účinek zdvojnásobení PS.
Porovnejme nyní uvažované způsoby zvýšení průchodnosti z hlediska měrných energetických nákladů na 1 tunu čerpané ropy. Pokud zanedbáme spotřebu energie na provoz pomocných čerpadel, vyplývá ze vzorce (1.87)
Po zdvojení čerpacích stanic (u HST=konst)
Pokud předpokládáme rovnost účinnosti čerpadla Н, elektromotoryЭa mechanického přenosu před a po zdvojnásobení počtu rozvoden bude relativní nárůst spotřeby energie
V případě smyčkování dochází ke zvýšení průchodnosti ropovodu v důsledku snížení hydraulického odporu lineární části, tedy bez účasti čerpacích stanic. V tomto případě
Analýza způsobů, jak zvýšit produktivitu ropovodu, nám tedy umožňuje vyvodit následující závěry:
ve všech případech je výhodnější využití smyčkování před zdvojnásobením počtu čerpacích stanic (jak z hlediska měrné spotřeby energie, tak koordinace provozních režimů čerpacích jednotek);
Pokud se neplánuje rekonstrukce stávajících čerpacích stanic s výměnou čerpacích jednotek, je zvýšení produktivity omezeno na pravou hranici pracovního prostoru čerpadel.
