Совершенствование методов обеспечения безопасности магистральных нефтепроводов в чрезвычайных ситуациях

Полученные нами аналитические выражения (1) – (6), а также выражения для определения и устанавливают зависимость суммарной производительности опорожнения аварийного участка, производительности откачки и расхода продукта через аварийный разрыв от характеристик опорожняемого участка МН и его продольного профиля, параметров узла откачки и аварийного разрыва. К характеристикам опорожняемого участка нами отнесены диаметр трубопровода и его заполненная нефтью часть, коэффициенты гидравлического трения внутренней поверхности нефтепровода и местных сопротивлений движению продукта, высотные отметки продольного профиля, в т.ч. мест откачки и разрыва. К параметрам узла откачки отнесены количество и характеристики откачивающих насосов, установленных на параллельную работу, диаметр трубопроводов, соединяющих нефтепровод с насосом, коэффициенты гидравлического трения и местных сопротивлений соединительных трубопроводов. К параметрам аварийного разрыва отнесены форма и площадь разрыва и его коэффициент гидравлического сопротивления.

Отметим некоторые особенности освобождения полости аварийного участка нефтепровода от продукта на основе полученных аналитических зависимостей. Увеличение до определенного уровня количества откачивающих насосов и диаметра трубопроводов, соединяющих эти насосы с нефтепроводом, приводит к значительному снижению расхода через аварийный разрыв и повышению объема откачиваемой нефти. Увеличение потерь напора в опорожняемом нефтепроводе также дает такой положительный эффект. Увеличение площади разрыва и потерь напора в соединительных трубопроводах приводит к увеличению расхода через разрыв.

В третьей главе представлены результаты исследований влияния параметров узла откачки и аварийного разрыва на процесс освобождения участка нефтепровода от продукта. На основе полученных аналитических зависимостей для достижения поставленной цели проведены исследования влияния всего комплекса параметров узла откачки и аварийного разрыва на производительность удаления продукта из полости нефтепровода, производительность откачки и расход через разрыв. Одним из параметров, влияющим на расход продукта через разрыв, является коэффициент сопротивления разрыва . В литературных источниках коэффициент больше всего представлен для отверстий круглой формы, имеющих наименьшее значение . Аварийные разрывы имеют различные формы, но отличаются от круглой. Проведено исследование влияния форм отверстия (аварийного разрыва) на значение коэффициента .

В результате получены расчетные формулы для определения в зависимости от коэффициента гидравлического трения и геометрических характеристик разрыва для наиболее распространенных форм разрыва: разрыва по продольной оси трубопровода и разрыва монтажного поперечного шва с раскрытием кромок, ромба, параллелограмма, трапеции и треугольника. С учетом известных справочных значений для круглой формы отверстия можно определить коэффициенты сопротивления для наиболее распространенных форм разрыва трубопровода из выражения

, (7)

где – отношение коэффициента i-ой формы отверстия к круглой форме; – коэффициент сопротивления аварийного разрыва (отверстия) круглой формы, имеющего площадь разрыва, равную площади разрыва i-ой формы, при равенстве толщин стенок поврежденных труб и коэффициентов гидравлического трения.

Для вышеуказанных наиболее распространенных форм разрыва нами получены отношения , которые содержат геометрические характеристики i-ого разрыва. Так, например для разрыва по продольной оси трубопровода

, (8)

где – длина разрыва; – максимальное раскрытие кромок разрыва.

Анализ показал, что для всех форм разрыва уменьшение отношения приводит к росту гидравлического сопротивления разрыва. Такая зависимость более существенна в области .

В ИПТЭР проведены экспериментальные исследования истечения воды, глицерина и водоглицериновой смеси с различными скоростями через отверстие ромбовидной формы при значениях = 0,077; 0,119 и 0,150. По результатам обработки результатов эксперимента получены зависимости коэффициента сопротивления разрыва ромбовидной формы от режима истечения.

Выполнены исследования влияния потерь напора в опорожняемых участках нефтепровода на расход через разрыв . Представленное выше аналитическое выражение расхода показывает, что закономерности изменения в зависимости от изменения исходных данных могут быть установлены исследованием параметра . Такой анализ носит общий характер, не связан с геометрическими и другими частными характеристиками отдельно взятого МН. Анализ показал, что увеличение потерь напора , и существенно снижает параметр , т.е. расход через аварийный разрыв. Полученные нами зависимости позволяют дать качественную и количественную оценки этим изменениям расхода.

В качестве примера на рисунке 1 представлены зависимости параметра от при = 0,5; = 0,1; = 0,75 и различных значениях и . Рассматривается схема поступления продукта к месту разрыва с обеих сторон до момента подключения откачивающих насосов. Отметим, что = 100,0 (также как = 100,0 и = 100,0) соответствует в среднем протяженности опорожняемого трубопровода с условным диаметром Ду = 500 мм – 1,4 км;
Ду = 700 мм – 2,0 км и Ду = 1000 мм – 2,8 км. При = 300,0 соответственно Ду = 500 мм – 4,3 км; Ду = 700 мм – 6,0 км и Ду = 1000 мм – 8,6 км.

1 – = 1,0, = 100,0; 2 – = 1,0, = 500,0; 3 – = 5,0, = 100,0; 4 – = 5,0, = 500,0 Рисунок 1 – Графики зависимости параметра от при различных и

Проведены исследования влияния параметров , , на расход через разрыв. Увеличение связано с уменьшением параметра . Характерно, что увеличение параметров потерь напора снижает влияние на параметр .

Анализ полученных аналитических зависимостей показал, что увеличение гидравлического сопротивления разрыва приводит к снижению . Увеличение , характеризующее площадь разрыва, связано со снижением влияния на параметр и на расход . Увеличение приводит к росту . В то же время для больших значений и