Перевальна точка
Перевальною точкоюназивається така височина на трасі нафтопроводу, від якої нафта приходить до кінцевого пункту нафтопроводу самопливом. Таких вершин у випадку може бути кілька. Відстань від початку нафтопроводу до найближчої з них називаєтьсярозрахунковою довжиною нафтопроводу. Розглянемо це з прикладу нафтопроводу протяжністю L, діаметром D і продуктивністю Q (рис. 1.9).
Перш ніж приступити до розстановки станцій, що перекачують по трасі нафтопроводу, необхідно дослідити трасу на наявність перевальної точки. Для цього на стислому профілі траси відповідно до вибраних масштабів довжин і висот будується прямокутний трикутник, що зображує втрати напору на ділянці трубопроводу. Побудови виконуються у такому порядку:
§ У горизонтальному масштабі відкладається відрізок ab, що відповідає ділянці нафтопроводу довжиною l;
§ Визначається значення втрат напору на тертя (з урахуванням надбавки на місцеві опори) для ділянки довжиною l
.
§ З точки a перпендикулярно вгору відкладаємо відрізок ac , що дорівнює величині hl у масштабі висот.
З'єднавши точки b і c отримаємо трикутник abc, званий також гідравлічним трикутником. Його гіпотенуза bc визначає положення лінії гідравлічного ухилу у вибраних масштабах.
та розрахункової довжини нафтопроводу
З кінцевої точки траси з урахуванням необхідного залишкового напору h від паралельно гіпотенузі bc проведемо лінію гідравлічного ухилу 1. Її перетин з лінією профілю вказує на наявність перевальної точки. Для її визначення проведемо паралельно лінію гідравлічного ухилу 2 з розрахунком, щоб вона торкалася профілю і ніде його не перетинала. Місце торкання лінії 2з лінією профілю означає положення перевальної точки, що визначає розрахункову довжину нафтопроводу.
Це говорить про те, що достатньо закачати нафту на перевальну точку, щоб вона з тією самою витратою досягла кінцевого пункту трубопроводу. Самоплив нафти забезпечений, тому що наявний напір (zПТ – zK – hОТ) більше напору, необхідного на подолання опору на ділянці від перевальної точки до кінцевого пункту
де lПТ - відстань від початкового пункту нафтопроводу до перевальної точки.
У цьому випадку за розрахункову довжину трубопроводу приймають відстань LP=lПТ, а різницю геодезичних позначок приймається рівною Dz= zПТ – zH. Якщо перетин лінії гідравлічного ухилу з профілем відсутня, то розрахункова довжина трубопроводу дорівнює його повній довжині LP = L, а Dz = zK-zH.
Слід зазначити, що перевальна точка не є найвищою точкою на трасі (рис. 1.9.).
Розглянемо перебіг рідини за перевальною точкою (рис. 1.10).
Мал. 1.10. Перебіг рідини за перевальною точкою
На інтервалі між перевальною точкою та кінцевим пунктом виділимо дві ділянки: АС довжиною l1 та AK довжиною l2. Самопливне рух нафти дільниці AK забезпечується натиском AE=i∙l2.
На першій ділянці напір CM перевищує необхідний напір BM=i∙l1на величину BC. Отже, на ділянці АС гідравлічний ухил має бути більшим за i. Це можливо лише у разі збільшення швидкості перебігу нафти ділянці АС. Як випливає з рівняння нерозривності
зі зростанням швидкості w площа живого перерізу потоку F повинна зменшуватися. Це свідчить про рух рідини дільниці АС неповним перетином трубопроводу. Тиск рідини на цій ділянці нижче, ніж у будь-якій точці трубопроводу і дорівнює тиску насичених парів нафти (тобтоабсолютний тиск у трубопроводі менший за атмосферний). Простір над вільною поверхнею рідини буде заповнено парами, що виділилися з неї, і розчиненими газами. При значній довжині самопливної ділянки внаслідок високої швидкості потоку відбувається відрив і винесення парогазових бульбашок у нижній частині газової порожнини. У міру віддалення від самопливної ділянки тиск рідини зростає, що призводить до кавітаційних процесів через різке схлопування бульбашок. У свою чергу, це може призвести до значної вібрації трубопроводу і супроводжується підвищеним рівнем шуму.
При збільшенні витрати нафти, що перекачується, перевальна точка може зникнути, проте процес розчинення парогазового скупчення триває тривалий час. Якщо швидкість течії досить велика, накопичення газу виносяться потоком рідини і можуть досягти резервуара на кінцевому пункті нафтопроводу. Гідравлічний удар, що супроводжує це явище, призводить до пошкодження резервуарів та їх обладнання.
Якщо на кінцевому пункті нафтопроводу підтримувати підвищений напір hоф (рис.1.9), появи перевальних точок на трасі можна уникнути (лінія гідравлічного ухилу 2 буде продовжена пунктирною лінією). Різниця корисного hоф і необхідного hот напорів може бути використана, наприклад, для приводу портативної електростанції. Проект такої електростанції розроблено на нафтопроводі Тихорецьк-Новоросійськ у районі нафтобази «Грушова».
Основні формули для гідравлічного розрахунку газопроводу. Вихідні дані для гідравлічного розрахунку газопроводу.