Удосконалення технології експлуатації нафтопроводів з урахуванням нештатних ситуацій

Abstract

За результатами теоретичних та експериментальних досліджень вирішена наукова задача підвищення ефективності та надійності експлуатації магістральних нафтопроводів шляхом мінімізації негативного впливу нештатних ситуацій. Проведено експериментальні дослідження гідродинаміки перехідних процесів, спричинених зупинками насосних агрегатів на нафтоперекачувальних станціях (НПС) нафтопроводу. Встановлені закономірності зміни обертової частоти вала насосних агрегатів типу НМ у часі в процесі їх зупинки. Визначена фактична швидкість розповсюдження хвилі тиску нафтопроводом під час перехідного процесу. Встановлені закономірності зміни тиску в часі у довільному перерізі нафтопроводу на початковому та завершальному етапах перехідного процесу. Досліджена динаміка зміни швидкості зростання тиску на вході НПС при зупинці одного та двох насосних агрегатів на всіх етапах перехідного процесу. Виконано математичне моделювання неусталених гідродинамічних процесів, що супроводжують зупинки насосних агрегатів на НПС. Одержано узагальнені ре-гресійні моделі для розрахунку коефіцієнта затухання хвилі підвищеного тиску в нафтопроводі при зупинці на НПС одного, двох і трьох насосних агрегатів. Створено пакет алгоритмів та комп’ютерних програм для розрахунку параметрів експлуатації нафтопроводу з урахуванням нештатних ситуацій. Розроблено рекомендації щодо зменшення негативного впливу перехідних процесів, спричинених зупинками насосних агрегатів на НПС, та рекомендації щодо удосконалення експлуатації ділянок нафтопроводів з пересіченим профілем траси.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников и приложений. По результатам теоретических и экспериментальных исследований решена научная задача повышения эффективности и надежности эксплуатации магистральных нефтепроводов путем установления закономерностей гидродинамических процессов, вызванных нештатными ситуациями, разработаны рекомендации по уменьшению отрицательного их влияния на транспортирование нефти. Во введении обоснована актуальность темы, показана связь работы с научными программами, определены цель и задачи исследования, сформулированы научные положения, научная новизна и практическая ценность работы. В первом разделе проведен анализ литературных источников по вопросам методологии расчетов нефтепроводов при нештатных режимах эксплуатации. Приведена характеристика неустановившихся нештатных режимов перекачивания нефти в нефтепроводах, связанных, прежде всего, с различными технологическими операциями, осуществляемыми в процессе перекачивания нефти. Выполнен анализ методов расчета переходных процессов, вызванных остановками насосных агрегатов на нефтеперекачивающих станциях (НПС) магистральных нефтепроводах, а также методов расчета параметров работы магистральных нефтепроводов с безнапорным движением жидкости. Приведена характеристика современного состояния системы нефтепроводов Украины. Второй раздел посвящен экспериментальным исследованиям гидродинамических процессов в магистральных нефтепроводах при нештатных режимах эксплуатации. Установлены закономерности изменения частоты вращения, созданного насосом давления, а также величины скачкообразного повышения давления нефти на входе НПС во время остановки нефтяных насосных агрегатов серии НМ. Определена фактическая скорость распространения волны давления по нефтепроводу во время переходного процесса. Установлены закономерности изменения давления во времени на входе и выходе из НПС, где имела место остановка насосных агрегатов, и в произвольном сечении нефтепровода на начальном и заключительном этапах переходного процесса. По результатам промышленных экспериментов определена динамика изменения во времени скорости повышения давления на входе НПС при остановке одного и двух насосных агрегатов. Третий раздел содержит результаты теоретических исследований гидродинамических процессов в магистральных нефтепроводах при нештатных режимах эксплуатации. С использованием стандартизированного программного комплекса выполнено математическое моделирование неустановившихся гидродинамических процессов, сопровождающих остановки насосных агрегатов на НПС нефтепровода. Получены обобщенные математические модели коэффициента затухания волны повышенного давления в виде функции режимных параметров и физических свойств нефти для магистрального нефтепровода любого диаметра. С целью усовершенствования эксплуатации нефтепроводов с пересеченным профилем трассы проведены теоретические исследования особенностей гидродинамических процессов на самотечных участках трубопроводов. В результате получены расчетные формулы, которые с точностью до 2 % описывают экспоненциальной функцией зависимость между центральным углом заполнения сечения трубы самотечного участка, объёмным расходом и значением числа Рейнольдса. Четвертый раздел посвящен реализации математических моделей и разработке рекомендаций по совершенствованию технологии эксплуатации нефтепроводов при нештатных ситуациях. По результатам теоретических и экспериментальных исследований разработан метод расчета параметров гидродинамических процессов, вызванных остановками насосных агрегатов НПС нефтепровода. Предложен метод определения пропускной способности магистрального нефтепровода с учетом гидравлического сопротивления безнапорных участков. Метод дает возможность в режиме реального времени определять количество, положение на трассе и заполнение нефтью самотечных участков, создает возможность оперативного контроля материального баланса нефти в трубопроводе.

According to die results of theoretical and experimental research solved a scientific problem of improving the efficiency and reliability of main oil pipelines by minimizing the negative impact of abnormal situations. Experimental studies of hydrodynamics transients caused by stops pumping units for oil pumping stations (OPS) oil pipeline. The established patterns of change rotary frequency of the shaft type pump units OM in time during their stop. Determined actual velocity of the pressure wave pipeline during the transition process. The established patterns of pressure changes over time in any section of the pipeline at the initial and final stages of the transition process. The dynamics of changes in the rate of growth NPS inlet pressure when you stop one and two pumping units at all stages of the transition process. Done mathematical modeling of unsteady hydrodynamic processes that accompany stops pumping units on the OPS. Obtain generalized regression models for the calculation of the pressure wave attenuation in the oil pipeline at a stop on the OPS one, two and three pump units. A package of algorithms and computer programs for calculating the parameters of operation of the pipeline on the basis of abnormal situations. Recommendations to reduce the negative effects of transients caused by stops pumping units on the OPS and recommendations for improving the operation of sections of the pipeline crossed the road profile.