Регулирование режимов работы трубопроводов изменением параметров трубопроводов дросселированием, байпасированием

Изменения условий перекачки в процессе эксплуатации (изменение расхода, временный выход из строя какой-либо станции и т. д.) могут привести к нарушению нормального режима работы нефтепровода: к кавитации на одних станциях и к давлениям, превышающим предельное, на других. Это означает, что пропускные способности отдельных участков нефтепровода окажутся неодинаковыми. Согласование работы насосных станций (или, что то же, выравнивание пропускных способностей участков нефтепроводов) достигается регулированием. В результате регулирования подпоры перед станциями должны быть не меньше допустимых , а напоры не должны превосходить предельного значения .

При регулировании изменяется напор на насосной станции и одновременно расход. Регулирование может быть ступенчатое (отключение насосных агрегатов) и плавное, осуществляемое изменением числа оборотов двигателя или насоса, перепуском части потока нефти из нагнетательного коллектора во всасывающий и дросселированием потока.

Регулирование отключением одного или нескольких агрегатов — наиболее экономичный способ. Он применяется в тех случаях, когда необходимо уменьшить напор на величину, близкую к напору, развиваемому по крайней мере одним насосом. Чтобы точно установить нужные напор и расход, ступенчатое регулирование должно быть дополнено плавным регулированием.

Регулирование изменением числа оборотов двигателя не получило распространения, так как существующие схемы пока еще сложны, громоздки и дороги (имеются в виду электродвигатели).

Регулирование изменением числа оборотов насоса осуществляется при помощи специальных магнитных муфт или гидромуфт.

Рассмотрим регулирование при помощи муфт, перепуском и дросселированием, сравнив эти способы по коэффициентам полезного действия,

Пусть в результате регулирования расход и напор должны быть равны  и  (рис. 1), которые являются координатами точки А, лежащей на характеристике трубопровода (последняя на чертеже не показана). Тогда при регулировании дросселированием

насосная станция будет развивать напор ; напор Н' должен быть погашен дросселированием. При этом полезная мощность равна , а затраченная . Отсюда коэффициент полезного действия

, или .                         (1)

При регулировании перепуском подача насосной станции равна , поток нефти с расходом  должен циркулировать по байпасной линии.

Следовательно, при перепуске коэффициент полезного действия

.

Выразим  через величины Н' и

Если уравнение характеристики насосной станции написать в виде , то

 и .

Учитывая также, что  получим

 или                (2)

При регулировании с помощью муфты крутящий момент на валу двигателя передается на вал насоса без изменения, т. е.

Рис. 1. К расчету регулирования работы насосной станции

,

где  и  — мощность и число оборотов на валу двигателя, а  и  — то же на валу насоса.

Следовательно, коэффициент полезного действия при этом способе регулирования равен .

Очевидно, что этой же величине равен КПД для всей насосной станции, если на ней установлены одинаковые насосные агрегаты.

Величина  — полный КПД (  ); он включает в себя КПД регулирования и КПД при отключенном регулирующем устройстве муфты  (максимальный КПД, когда ведомый вал вращается с наибольшим числом оборотов п1.

 Итак,

,

где

, а

Максимальный КПД для магнитных муфт равен 0,93—0,95, а для гидромуфт он достигает 0,97—0,98. Коэффициент полезного действия регулирования  определяется числом оборотов  за пределами регулирования.

Для центробежных насосов

 и

Из этих соотношений имеем:

и

                                             (3)

— уравнение параболы подобных режимов работы насоса (рис. 1— пунктирная кривая). Расход  соответствующий числу оборотов  ,найдем совместным решением уравнения (34) и уравнения характеристики насосной станции, которое представим в той же форме:

В результате будем иметь:

.

Далее, произведя замену

 и ,

получим

Из формул (33), (34) и (35) следует, что  и .

Однако это не означает, что регулирование при помощи муфт всегда выгоднее.

При сравнении регулирования при помощи муфт с остальными способами надо пользоваться не коэффициентом , а полным коэффициентом полезного действия , который учитывает потери энергии при регулировании и постоянные потери. Последние имеют место не только во время регулирования, но и при работе нефтепровода, когда регулирование не ведется. Чем меньше частота и продолжительность периодов регулирования, тем менее выгодным оказывается регулирование при помощи муфт.

Сравним теперь способы регулирования дросселированием и перепуском.

Из формул

 и

следует, что если , то .

Иными словами, если мощность, потребляемая насосом (насосной станцией), с увеличением расхода возрастает, то регулирование дросселированием выгоднее регулирования перепуском, и наоборот.

Насосы, применяемые на магистральных нефтепроводах, имеют пологие характеристики Q — Н; для них зависимость N = N(Q) — возрастающая функция. Поэтому на магистральных нефтепроводах регулирование дросселированием выгоднее регулирования перепуском.