АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ СГЛАЖИВАНИЯ ВОЛН ДАВЛЕНИЯ НА МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДАХ

Объектом рассмотрения статьи являются переходные процессы магистральных нефтепроводов, возникающие как планово, вследствие смены режима перекачки или остановки, так и аварийно, в случаях непредвиденных остановок насосных агрегатов на перекачивающих станциях и аварийных ситуациях, возникающих на линейной части трубопровода. А также системы, позволяющие уменьшить амплитуду волн, возникающих при этих процессах.

Одной из основных задач при транспортировании нефти и нефтепродуктов по магистральным трубопроводам является обеспечение безаварийности процесса, в том числе недопущение нарушения целостности труб вследствие превышения допустимого рабочего давления (далее ДРД) секций труб.

Целью данного исследования является уточнение необходимости применения систем сглаживания волн давления (далее ССВД) на НПС «Красноармейская-2» МН «Куйбышев-Лисичанск» ТУ «Самара – Красный Яр» DN 1220. А также рассмотрение случая эксплуатации данного технологического участка нефтепровода с включенными алгоритмами централизованной системы противоаварийной автоматики (ЦСПА) без ССВД на НПС с целью определения необходимости эксплуатации ССВД на ТУ с ЦСПА.

В рамках данной работы была построена математическая модель нефтепровода с проектной производительностью 75 млн. т./год и произведено моделирование процессов распространения волн давления при поочередной остановке каждой НПС при отсутствии ССВД на НПС «Красноармейская-2» и аварийную остановку ТУ с ЦСПА. Моделирование производилось в программном пакете COMSOL Multiphysics. Задача решалась в модуле Pipe flow, предназначенном для расчета распределения давления и скорости в трубопроводе одномерной постановке (без учета изменения параметров по радиусу трубы).

На рис. 1 показан стационарный режим перекачки на ТУ с производительностью 75 млн. т./год

Рисунок 1. Эпюра рабочих давлений для режима 75 млн. т./год с учетом перепада высот

На рисунках 2 и 3 показаны результаты моделирования переходных процессов остановки НПС по отдельности при отсутствии ССВД на НПС «Красноармейская-2». В данном случае, при превышении скорости роста давления на НПС величины 0,06 МПа/с, производится сброс перекачиваемой нефти с производительностью 13800м³/ч системой АРКРОН-1000, что вызовет смягчение волны давления на участке.

Рисунок 2. Эпюры давления в переходных процессах на участках Самара-2 – Бородаевка-2

Рисунок 3. Эпюры давления в переходных процессах на участках Бородаевка-2 – Красноармейская-2

На рисунке 4 показан результат моделирования переходных процессов при аварийной остановке ТУ с включенными алгоритмами ЦСПА. В данной системе реализована защита «Выход на режим с запрещённой комбинацией агрегатов». Таким образом, для избегания превышения ДРД при остановке МНА НПС на максимальных режимах производится автоматическая остановка ТУ с подачей сигналов «Стоп МНС» без выдержки времени.

Рисунок 4. Эпюра давления в переходных процессах на участке между НПС Самара-2 – Красный Яр при срабатывании ЦСПА, режим 75 млн. т./год.

На основе проведенных расчетов можно заключить, что установка ССВД на ТУ «Самара– Красный Яр» МН «Куйбышев – Лисичанск» при введении в эксплуатацию ЦСПА не требуется. Установка ССВД на НПС «Красноармейская-2» для максимального и проектного режимов перекачки без включенных алгоритмов ЦСПА не требуется. Эксплуатация ЦСПА на ТУ является более перспективной вследствие большего функционала и возможностью предотвращения развития аварийной ситуации до ее появления, а также уменьшение числа механо-технологического оборудования нефтеперекачивающих станций. В целом, применение современной централизованной системы противоаварийной автоматики является более эффективной, так как она обеспечивает комплексную защиту трубопровода и уменьшает влияние компетенции диспетчерского состава и человеческого фактора на безопасность управления трубопроводом. Использованная методика позволяет производить моделирование переходных процессов в трубопроводах и определять требуемые параметры в произвольных точках по длине трубопровода для различных значений времени. В том числе, как было показано, производить расчет амплитудных значений давления в переходных процессах для заданных параметров трубопровода, насосных станций и перекачиваемой жидкости.

Список литературы:

1. Лурье М.В. Математическое моделирование процессов трубопроводного транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. – М.: «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2003, 335 с.
2. Boussinesq J., 1877 Theorie de l’Ecoulement Tourbillant. Mem. Presentes par Divers Savants Acad. Sci. Inst. Fr., V. 23, PP. 46-50.
3. Imao S., Itoh M., Harada T., 1996 Turbulent characteristics of the flow in an axially rotating pipe. Journal Heat and Fluid Flow, V. 17, PP. 444-451.
4. Pope S.B., 1975 A More General Effective-Viscosity Hypohesis. Journal of Fluid Mech, V. 72(2), PP. 331-340.
5. Speziale C.G., 1987 On nonlinear K-ε and K-ω models of turbulence. Journal of Fluid Mech., 1987, V. 178, PP. 459-475.
6. Menter F.R., 1993 Zonal two equation k-ω turbulence models for aerodynamic flows. AIAA Paper, 1993, AIAA-93-2906.
7. Централизованная система противоаварийной автоматики магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов: Пат. 2588330 Рос. Федерация. МПК F17D5/00 / П.А. Ревель-Муроз, А.В. Кузьмин, П.Е. Настепанин, М.С. Лукьяненко, С.Ф. Дрожжинов, К.А. Евтух, В.В. Кучерявый, Е.С. Чужинов, Р.Б. Морозов; № 2015112866/06; заявл. 08.04.15; опубл. 27.06.16, Бюл. № 18.
8. Способ мониторинга и оценки технического состояния магистрального трубопровода и система для его реализации: Пат. 2451874 Рос. Федерация. МПК F17D5/00 / А.Ф. Пужайло, С.В. Савченков, А.В. Реунов, Е.Л. Карнавский, В.М. Цыс, Ю.М. Свердлик, В.Г. Баранов, В.Р. Милов; № 2011111889/06; заявл. 29.03.11; опубл. 27.05.12, Бюл. № 15.