Способ трубопроводного транспорта сжиженных углеводородных газов Советский патент 1992 года по МПК F17D1/08 

Изобретение относится к транспорту продукции нефтяных скважин и может быть использовано для транспорта сжиженных углеводородных газов (СУГ) нестабильных конденсатов, широкой фракции легких углеводородов.

Цель изобретения - повышение эффективности и надежности транспорта сжиженных газов при их закачке в трубопровод центробежным насосом путем уменьшения количества перепуска с гарантированным предотвращением их перегрева и вскипания, в насосе.

Поставленная цель достигается тем, что перепуск сжиженных газов осуществляется в количестве, соответствующем зависимости допустимого времени работы насоса Тдоп. от подачи насоса Q и располагаемого давления на его приеме. Эта зависимость определяется из системы уравнений, включающей:

равенство теплового баланса между массой жидкости и массой насоса

(М0-М) ДГ| Сж(Тж.м) уОж (Тж.М)Ож к

х АТЖ.| A TJ +См(Тм.м)тм АТм,1+СжО ж.о)тж хДТж,1+ «г(Тм,1-1)52 ДЯ -(ГМ.М+Д Тм,|-Та):

(1)

равенство теплового баланса между массой насоса и окружающей средой

а1(Тж.1-1)5гДг|(Тж,н+ ДТж1.-Тм.1-1-ЛТмг Ст(Тм,1-1}тм ДТм,+Ой(Тм.м)52-Дг| (Тм.1 + + ДТм.гТв):(2)

равенство, определяющее однофазное состояние жидкости в насосе (бескавитаци- онное состояние)

Рдоп,гдр(Тж.|) Дпдоп+Р5(Тж,0 Ррасп Тм..М+ АТМ,1,- Тж..1-1+ АТж.1: (3)

т 2 : 1 1.2/3п.

i 1

Здесь No - полная мощное г ь затрачиваемая на вращение вала насоса N полезная мощность; Ari - время работы насоса; Сж, Cm-соответственно удельная теплоемкость СУГ и металла насоса: ТА Тм. Тй соответственно температура СУГ. корпуса насоса

Ё

XI

iS

ho

и окружающей среды (воздуха); рж - плотность СУ Г; О - подача насоса; ДТж,АТм- соответственно нагрев СУГ в полости насоса и его корпуса; тж. тм - соответственно масса СУГ в полости насоса; «1 и аг - соответственно коэффициент теплоотдачи от СУГ к корпусу насоса и от корпуса насоса в окружающую среду (воздух); Si и $2 - соответственно площади поверхности внутренней полости насоса (включая ротор) и наружная поверхность насоса; Рдоп - допустимое располагаемое давление на приеме насоса из условия бескавитационной работы (кавитационный запас); g - ускорение силы тяжести; ДпДОл - допустимый кавитационный запас насоса; PS - давление насыщенных паров СУГ; Ррасп располагаемое давление на приеме насоса; i - индекс текущего состояния (времени, температуры).

Существенное отличие способа от известных состоит в том, что величина необходимого количества перепускаемой жидкости устанавливается с учетом соотношения располагаемого и допустимого давления на приеме насоса и зависимости допустимого времени его работы от подачи.

Полезность способа при этом определяется тем, что с одной стороны исключае ся возможность неоправданно завышенного расхода перепускаемой жидкости и нарушения режима перекачки, обусловленного преждевременным включением перепускной системы и прекращением перекачки по основной магистрали, а с друюй - исключается перегрев и вскипание СУГ в насосе, из-за заниженной величины расхода жидкости, по которому настраивается автоматика включения перепускной линии.

Пример. Требуется обеспечить процесс транспортировки ШФЛУ в условиях пониженной производитепьности продук- топроводэ, исключающий повреждение насосного агрегата, его остановку мз-эа перегрева ШФЛУ путем регламентирования количества перепускаемой ШФЛУ в зависимости от теплового баланса, вызванного диссипацией части энергии, подводимой к валу насоса, и условий его бескавитационной работы.

Исходные данные Энергетическая характеристика насоса

Ож Ом3/ч; N„ 450-103 Дж/с; Ож-50 м3/ч; м; N0 500-103 Дж/с; СЬх-130 м3/ч; Н-1285 м: N0 620-103 Дж/с; м3/ч; Н 1280 м; N0 800-103 Дж/с; гп«

px Vnac -85Kr; /Ож1 20° с 552кг/м

К; К; Дж/кг-град: кг; а 20 Вт/м.°С;оа 3 Вт/м2 °С; ,019 м2; ,715 м2; Ps.T 303°c 3,2105 Па; Ps.T-283 ,4«1(г 5 Па; Psj-293 кв5,9-1(Г Па; PS.T-ЗОЗ ,8.1(Г Па;Р5,т-313К 10,5-105Па;Р8,,7.105 Па; PS.T-ЗЗЗ ,4-10 Па. 1.Определяют, пользуясь системой уравнений (1) и (2), нагрев ШФЛУ в насо10 се в зависимости от времени работы и производительности насоса,

При этом задача сводится к решению системы из двух уравнений. В частности, для Дг 5 с и , будем иметь 15450-103.5 + 502,8.3000-ДТм1 +

+ 2374-552-0,154-ДТЖ1+3-4,019 5 х (293+ ДТм1-293);

20-б,715-(293+ДТж1-293-ДТМ1)502,8 хЗООО ДТМ1+3-4,019 5«(293+ Дм1-293); 20 для Дг 5 с и мэ/ч

(1080-103-849,903 103 5 2374-552 0,146 ДТЖ1-5+502,8 3000 Ам1 + 2374-552-0,154 ДТЖ1+3-4,019-5(293+ ДТМ1-293);

206,715-5-(293+ДТж1-293-ДТМ1) 25 502,8-3000 ДТМ1+3 4.019-5-(293+ Ам1- -293).

Изменение теплоемкости в зависимости от температуры определялось, пр формулеКрегоCp(1/Vpi5)

30 x(0,403+0,8lO-10 3t) Ккал/кг . град, pis 556,5 кг/м3

2.Результаты расчета нагрева ШФЛУ сводят в график (г, О) (см. фиг. 1).

3.Пользуясь зависимостью давления 5 насыщения от температуры (T) по

формуле

Рдоп ДРдоп+ PS,

определяют допустимое давление на . приеме насоса и строят график

° Рдои-Рдоп( Г, Q) (СМ. фИГ. 2).

4.На фиг. 2 параллельно оси абсцисс проводят линию, соответствующую заданному располагаемому давлению

4к Ррасп 12-105 Н/м2, и определяют для каждой производительности допустимое время работы. Так, для Ррасп -Ю5 Н/м2 имеем для Q-0 тдоц 9 с.,

Допустимый кавитационный запас ДРдоп определяют по данным заводских испытаний или по формуле для

АР- 1 о

Ј г о доп - -у р rj,

, 3.14-2370 «ппл 1/л.

55 -3030300 4 1/с;

Ri 90-10 м (радиус рабочего колеса на входе) для 0,ЗОном С м3/ч;

ДРдоп-(0,95-1,0)-105Па; м3/ч; Гдоп 26 с; м3/ч; г доп 80 с.

50

5. Строят зависимость ( тдоп ) и по ней регламентируют, как это показано на фиг, 3, предельную допустимую производительность насоса Одоп Э: 140 м /ч (точка А), обеспечивающую работу насоса без перегрева.

Для заданных условий перекачки расход м3/ч является оптимальной величиной, исключающей преждевременную остановку перекачки по основной магистрали (при снижении производительности тру- бопровода) и перегрев и вскипание жидкости при работе насоса при Q 140м3/ч.

Использование предлагаемого способа трубопроводного транспорта СУГ обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества: уменьшается неоправданное количество перепускаемых СУГ, что способствует более устойчивой работе гидравлической системы (насосные станции - трубопровод); упрощается обслуживание за счет сокращения числа циклов переключений запорной арматуры в обвязке насосных станций, отключений последующих по трассе насосных станций, обусловленных перепуском СУГ; исключаются условия работы насоса в кавитацион- ных режимах; увеличивается пропускная способность гидравлической системы.

Формула изобретения

Способ трубопроводного транспорта сжиженных углеводородных газов (СУГ). включающий перепуск СУГ с линий нагнетания насйса во всасывающую линию или сборную емкость, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и надежности транспорта за счет уменьшения количества перепускаемых СУГ и предотвращения перегрева и вскипания их в насосе, перепуск СУГ осуществляют в количестве, соответствующем зависимости допустимого времени работы насоса Гдоп ОТ подачи насоса и располагаемого давления

на его приеме Ррзс, определяемой из уравнений

(No-N) ATI Сж(Тж.м) РЖ (Тж.м)С1ж .1 Лз +Ст(Тм,и)тм - ДТм.н-Сж(Тж,о)тжк 5 ДТЖ.|+ «2ГГж,м)52 -An (Тм.м+А ТмгТв);

, (D

ом(Тж,1-1)(ТЖ||-1+ ДТЖ|.+Тм.1-1 -ДТм,|)Ст(Тм,|-1)тм-ДТ,м,|+а2(Тм,1-1)52 Дггх

к(Тм.м+ ДТм.КГв); 10(2)

Рдоп,1 д/Эж (Тж,0-ДпДоп+Р$ Ррасп ; Тм,,М+ ДТм.К Тж,,1-1+ ДТЖ.1; (3)

15

Ј А ;

i 1

где No - полная мощность, затрачиваемая на вращение вала насоса; N - полезная

мощность; ATJ - время работы насоса; Сж. Cm - соответственно удельная теплоемкость СУГ и металла насоса; Тж, Тм, Те - соответственно температура СУГ корпуса насоса и окружающей среды (воздуха); /э

- плотность СУГ; Ож - подача насоса; ДТЖ, АТМ - соответственно нагрев СУГ в полости насоса и его корпуса; тж, тм - соответственно масса СУГ в полости насоса и корпуса насоса; ai и оа - соответственно

коэффициент теплоотдачи от СУГ к корпусу насоса и от корпуса насоса в окружающую среду (воздух); Si. 82 соответственно площади внутренней (включая ротор) и наружной поверхностей э

насоса; РДОп - допустимая удельная энергия (давление) на приеме из условия беска- витационной работы насоса; g - ускорение силы тяжести; ДпДОп - допустимый кавита- ционный запас насоса; PS - давление насыщенных паров СУГ при текущей температуре; Ррасп - располагаемая удельная энергия (давление) на приеме насоса; I - индекс текущего времени и температуры.

V

.

,-J

1- $ P м3/ч

2-Ј 50

3- « 130

4 «« 260

&, г г 525

Сущность изобретения: перепускают сжиженные углеводородные газы (СУГ) с линий нагнетания насоса во всасывающую линию или сборную емкость. Перепуск СУГ осуществляют в количестве, соответствующем зависимости допустимого времени работы насоса от подачи насоса и располагаемого давления на его приеме, определяемой пользуясь решением системы уравнений.3 ил.

Q,h

I V, Э 05Па 10 TO5

/00 t,C