Динамика волновых процессов в магистральных трубопроводах с системами защиты от перегрузок по давлению на основе газовых аккумуляторов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.05, кандидат наук Федосеев Михаил Николаевич

• Федосеев Михаил Николаевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Федосеев Михаил Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. НЕСТАЦИОНАРНЫЕ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ В МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕ- И НЕФТЕПРОДУКТОПРОВОДАХ; ИСТОЧНИКИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ, СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ

13

1.1 Технологические операции на магистральных трубопроводах, приводящие к возникновению волновых процессов

1.2 Способы регулирования режимов работы трубопроводов

1.2.1. Корректировка режима перекачки посредством расположенных на НПС регуляторов

1.2.2. Варьирование частоты вращения роторов центробежных насосных агрегатов

1.2.3. Изменение числа работающих насосных агрегатов на нефтеперекачивающей станции

1.2.4. Использование противотурбулентных присадок

1.3 Обзор существующих способов защиты трубопроводов от гидравлического удара

1.3.1. Предохранительный клапан как средство защиты от гидравлического удара

1.3.2. Использование газовых колпаков для защиты от гидравлического удара

1.3.3. Система сглаживания волн давления как средство защиты от гидравлического удара

1.3.4. Предварительное изменение степени открытия регулирующих заслонок для гашения волн давления

1.3.5. Предварительное отключение насосных агрегатов для гашения волн давления

1.4. Критический анализ научных работ, касающихся истории развития вопроса защиты трубопроводов от волн высокого давления

1.5. Цель и задачи исследований, изложенных в диссертационной работе

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ СЛАБО СЖИМАЕМОЙ КАПЕЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ В МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ

2.1. Математическая модель одноразмерного движения слабо сжимаемой жидкости в трубопроводе

2.2. Метод характеристик для решения уравнений движения слабо сжимаемой вязкой жидкости в цилиндрической трубе

2.3. Решение уравнений модели методом конечных элементов

2.4. Математическая модель работы центробежных насосных агрегатов с учетом инерционных характеристик

2.5. Математическая модель работы устанавливаемой на нефтепроводах арматуры

2.6. Математическая модель газового колпака

2.7. Математическая модель системы сглаживания волн давления

2.8. Выводы по главе

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДОВ ОТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО УДАРА СИСТЕМАМИ, ИСПОЛЬЗУЮЩИМИ ГАЗОВЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ

3.1. Защита трубопроводов морских нефтеналивных терминалов газовыми колпаками

3.2. Выбор емкости газового колпака для демпфирования волн давления

3.3. Комбинированная система защиты морских нефтеналивных терминалов от гидравлического удара

3.4. Влияние конструкционных параметров газового колпака на переходные процессы

3.4. Система сглаживания волн давления как средство защиты магистральных трубопроводов от гидравлического удара

3.5. Сравнение объемов отводимой из трубопровода жидкости при работе ССВД и газового колпака

3.6. Возможные негативные последствия работы систем защиты с газовыми аккумуляторами

3.7. Выводы по главе

ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ДЛЯ АНАЛИЗА СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА КАСПИЙСКОГО ТРУБОПРОВОДНОГО КОНСОРЦИУМА (КТК-Р)

4.1 Общая характеристика магистральной нефтепроводной системы КТК

4.2. Обоснование необходимости установки ССВД на примере НПС-2

4.3. Анализ безопасности эксплуатации НПС-2 после установки системы сглаживания волн давления

4.4. Сравнение результатов численного расчета с экспериментальными данными

4.5. Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

Трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов является наиболее распространенным [21, 58] способом транспорта, который позволяет обеспечить экономическую рентабельность, надежность, непрерывность и автоматизацию процесса транспортировки углеводородов на большие расстояния.

Согласно [21] в 2015 году в ОАО «АК «Транснефть» эксплуатировалось 71,18 тыс. км. магистральных трубопроводов, в составе которых находилось 494 перекачивающих станции. Перевалка нефти и нефтепродуктов на экспорт осуществлялась через морские терминалы ООО «Транснефть - Порт Приморск», ООО «Транснефть - Порт Козьмино», ООО «Транснефть - Порт Усть-Луга» и ОАО «Новороссийский морской торговый порт». При этом грузооборот в отчетном году увеличился на 3,3% по сравнению с предыдущим годом.

Постоянное увеличение объемов перекачки влечет за собой необходимость повышения надежности трубопроводных систем и обеспечения их защиты от факторов, влияющих на долговечность эксплуатации оборудования. Одним из таких факторов является гидравлический удар - явление резкого повышения давления в трубопроводе, возникающего в результате изменения скорости течения жидкости. Несмотря на существование множества различных способов защиты от гидравлического удара, а также методов математического моделирования их работы, в области трубопроводного транспорта остается множество инженерных вопросов.

Данное диссертационное исследование посвящено изучению динамики волновых процессов в магистральных трубопроводах, оборудованных системами защиты от волн повышенного давления в состав которых входят газовые аккумуля-

торы, а также исследованию технологии работы этих систем и проведению сравнительного анализа с целью выявления преимуществ и недостатков этих способов защиты.

Степень разработанности темы исследования

Вопросы изучения нестационарных течений капельной жидкости в стальных трубопроводах, а также защиты трубопроводов от волн повышенного давления были исследованы многими отечественными и зарубежными учеными, среди них И.С. Громека, Н.Е. Жуковский, Л.С. Лейбензон, Н.А. Картвелишвили, И.А. Чарный, М.А. Гусейн-Заде, М.Г. Сухарев, О.Ф. Васильев, Г.Д. Розенберг, В.А. Юфин, Ю.В. Крылов, Д.Н. Смирнов, Л.Ф. Мошнин, А.Г. Гумеров, Ш.И. Рахматуллин, В.В. Та-расевич, Л.В. Полянская, В.В. Жолобов, М.В. Лурье, Е.Л. Левченко, Н.С. Арбузов и др., а также A.Resal, L.Allievi, L.Bergeron, J.Parmakian, R.E.Horton, G.K. Lotter, V.L.Streeter, E.B.Wylie, J.A.Fox, D.A.Wood, S.Jones, G.Watters, A.R.D.Thorley, K.Enever, M.H.Chaudhry, и многие другие.

На основе результатов исследовательских работ вышеназванных авторов в настоящее время осуществляется бесперебойное функционирование магистральных трубопроводов, выполняется автоматический контроль за параметрами их работы, а также разработаны программные продукты, позволяющие моделировать работу магистральных трубопроводов.

Цели и задачи исследования

Цель исследований состоит в теоретическом обобщении методов моделирования и расчета неустановившихся течений жидкости в трубопроводах, транспортирующих слабо сжимаемую капельную жидкость, на случай систем с демпфирующими устройствами в виде газовых аккумуляторов, для выяснения эффективности применения таких устройств в качестве средств защиты трубопровода от аварийных ситуаций.

Для достижения поставленной цели требуется решение следующих сопутствующих задач:

- разработка математической модели трубопровода, оборудованного системами защиты от гидравлического удара, промежуточными перекачивающими станциями (ПС), а также другим технологическим оборудованием, необходимым для обеспечения процесса перекачки;

- изучение методов численного решения полученных модельных уравнений, выбор оптимального метода решения с точки зрения вычислительной сложности;

- разработка программного обеспечения для численного решения задач динамики волновых процессов в трубопроводах трубопроводов, оборудованных системами защиты от перегрузок по давлению;

- проведение экспериментальной проверки численного решения на объектах магистрального трубопроводного транспорта;

- исследование защиты трубопроводов от волн повышенного давления системами, использующими газовые колпаки, а также анализ влияния конструкционных параметров газового колпака на переходные процессы;

- исследование защиты трубопроводов от гидравлического удара системами сглаживания волн давления (ССВД); изучение принципа работы ССВД; анализ влияния параметров настройки ССВД на эффективность защиты от избыточного давления;

- проведение сопоставительного анализа различных методов защиты трубопроводов системами с газовыми аккумуляторами; сравнение области применения, конструктивных особенностей и эффективности работы систем защиты с газовыми аккумуляторами;

- анализ эффективности использования ССВД на объектах магистрального нефтепровода Каспийского Трубопроводного Консорциума (КТК).

Научная новизна работы состоит в следующем:

- доказана эффективность применения газовых колпаков для защиты магистральных трубопроводов от гидравлического удара при условии обеспечения достаточного объема газового колпака;

- впервые приведены графики безразмерных зависимостей параметров газового колпака, позволяющие без проведения дополнительных расчетов оценить требуемый объем полости газового колпака для защиты трубопровода от гидроудара;

- впервые предложена конструкция комбинированной системы защиты причальных сооружений морских нефтеналивных терминалов от гидравлического удара, основанная на применении газовых аккумуляторов;

- выявлено ранее неизвестное обстоятельство о работе ССВД - настройка на низкую скорость повышения давления может привести к резкому снижению давления на выходе станции до давления насыщенных паров что повлечет за собой образование парогазовых областей в участке трубопровода, расположенном ниже по потоку нефти;

- доказано, что сбросные емкости ССВД и газового колпака должны иметь сопоставимые размеры для обеспечения одинаковой скорости повышения давления в трубопроводе;

- усовершенствована математическая модель процесса остановки насосных агрегатов с учетом инерционных свойств, позволяющая более точно описать процесс формирования волны повышенного давления при остановке перекачивающей станции.

Практическая значимость работы заключается в том, что предложенные автором алгоритмы и методы расчета, выявленные эффекты служат для упрощения решения задачи о выборе наиболее эффективных способов защиты от гидравлического удара, которая возникает при проектировании объектов трубопроводного транспорта.

Основным методом исследования является математическое моделирование нестационарного течения слабо сжимаемой жидкости в трубопроводах и численное решение полученных модельных систем уравнений.

На защиту выносится:

- утверждение о том, что газовые колпаки возможно использовать для защиты объектов магистрального трубопроводного транспорта от гидравлического удара, вопреки существовавшему ранее предположению [59, 60] о недопустимости подобного способа защиты ввиду большого объема требуемой газовой емкости;

- инженерное решение об упрощении решения задачи о выборе параметров газового колпака посредством использования графиков, построенных в координатах предложенных безразмерных параметров;

- тезис о том, что эксплуатация ССВД на НПС, расположенных перед перевалами (участками с большим перепадом высот), имеет тенденцию к образованию самотечных участков ниже по потоку от ПС, поэтому решение об установке ССВД на подобных станциях должно быть дополнительно аргументировано расчетами на математической модели;

- утверждение, что для обеспечения одинаковой степени защиты от гидравлического удара посредством ССВД и газового колпака требуется установка дополнительных емкостей сопоставимых размеров.

Основные результаты работы доложены:

- в разные годы на Международных молодежных научных конференциях «Нефть и Газ», г. Москва, 2012, 2014, 2015гг;

- на научно-технических конференциях молодежи ОАО «Гипротрубопровод» 2013 и 2014 гг., г. Москва;

- в финальном туре 12-й научно-технической конференции молодежи ОАО «АК «Транснефть», г. Уфа, 14 - 18 апреля 2014 г.;

- на 1-м международном форуме молодых ученых «Наука будущего - наука молодых», г. Севастополь, 5 - 9 октября 2015 г;

- на International SimTech Symposium on Applied Mathematics: Flow and Transport. Stuttgart, Germany. October 27-29th, 2016 (Международный симпозиум SimTech по прикладной математике, г. Штутгарт, Германия, 27-29 октября 2016).

Степень достоверности результатов диссертационной работы подтверждена в ходе проведенных экспериментальных исследований на объектах магистрального трубопроводного транспорта, в том числе на станциях КТК.

Апробация результатов исследования (внедрениерезультатов исследования)

Результаты работы автора внедрены на действующих магистральных трубопроводах России и стран ближнего зарубежья, таких как:

- трубопроводная система Каспийского Трубопроводного Консорциума (Проект расширения);

- магистральный нефтепровод «Павлодар - Шымкент» АО «Казтрансойл»;

- морской терминал Новопортовского месторождения.

Публикации

Результаты исследования представлены в 13 научных работах: сделано 5 докладов на российских и международных научно-практических конференциях и семинарах, получено 2 патента, опубликовано 6 научных статей, в том числе 5 статей в журналах, рецензируемых ВАК.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Динамика волновых процессов в магистральных трубопроводах с системами защиты от перегрузок по давлению на основе газовых аккумуляторов»

Структура работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Диссертационное исследование изложено на 129 страницах и содержит 31 рисунок.

В первой главе диссертации проводится критический анализ научных работ в области исследования волновых процессов в трубопроводах, рассмотрены возможные причин возникновения гидравлического удара и способов защиты от этого явления.

Во второй главе приводится математическая модель течения слабо сжимаемой жидкости в трубопроводах, содержится описание математических моделей объектов, устанавливаемых на трубопроводах: линейных задвижек, насосных агрегатов, обратных клапанов и др. Также приведены определяющие системы уравнений, описывающие работу различных систем защиты от волн повышенного давления. Изучены некоторые численные способы решения уравнений модели течения слабо сжимаемой жидкости в трубопроводе с нелинейными внутренними граничными условиями.

В третьей главе диссертации приведено исследование защиты трубопроводов от гидравлического удара системами сглаживания волн давления, выявлено влияние параметров настройки системы на обеспечение защиты, проведен анализ возможных последствий работы системы. Выполнено сравнение различных методов

защиты трубопроводов от гидравлического удара с применением систем, имеющих в своей конструкции газовые аккумуляторы.

В четвертой главе приведены результаты внедрения результатов диссертационного исследования на объектах магистрального трубопроводного транспорта, а также представлены результаты сравнения экспериментальных данных с данными, полученными в результате расчета на математической модели.

Благодарности

Автор благодарит научного руководителя - заслуженного деятеля науки РФ, доктора технических наук, профессора Лурье Михаила Владимировича - за грамотное научное руководство при написании диссертации, а также за сотни часов, проведенных в обсуждениях математических аспектов не только темы диссертационного исследования, но и множества смежных научных вопросов. Уверен, что бесценные знания, полученные от своего учителя, послужат фундаментом, необходимым для дальнейшего научного роста автора.

Автор также выражает благодарность начальнику отдела расчетов переходных процессов в трубопроводах, доктору технических наук Арбузову Николаю Сергеевичу за создание обстановки, благоприятной для проведения научных исследований, и квалифицированную поддержку на различных этапах написания диссертации.

Автор благодарит коллектив кафедры «Проектирование и эксплуатация газонефтепроводов» за многолетний добросовестный труд, профессионализм и внимательное отношение к студентам.

Автор признателен школьному репетитору по математике Борисову Виктору Александровичу, который, благодаря своему педагогическому таланту, в юном возрасте привил автору любовь к точным наукам.

ГЛАВА 1. НЕСТАЦИОНАРНЫЕ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ В МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕ- И НЕФТЕПРОДУКТОПРОВОДАХ; ИСТОЧНИКИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ, СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ

Эксплуатация объектов трубопроводного транспорта представляет собой комплекс мероприятий, направленных на транспортировку массы продукта, установленной в соответствии с планом поставок. Комбинация параметров, определяющих работу трубопровода в отдельно взятый момент времени, называется технологическим режимом перекачки. К основным параметрам, которые определяют технологический режим, относятся: распределение давления и скорости течения жидкости по длине трубопровода, комбинация числа используемых насосов и насосов, находящихся в резерве, а также степень открытия регулирующих заслонок, расположенных на узлах регулирования давления насосных станций. В процессе эксплуатации трубопровода происходит множество как заранее запланированных операций, так и внештатных ситуаций, при которых происходит изменение режима работы трубопровода. При этом каждое подобное изменение режима влечет за собой изменение распределения скорости течения и давления в трубопроводе, так называемый переходный процесс. Возникшие возмущения распространяются в трубопроводе со скоростью приблизительно равной 1000 м/с и могут привести к различным последствиям: от простого запланированного перехода на новый режим работы до полной остановки перекачки и разгерметизации полости трубопровода. В данной главе представлен обзор основных причин возникновения переходных процессов в магистральных нефте- и нефтепродуктопроводах, рассмотрены способы защиты от возмущений большой амплитуды, называемых волнами гидравлического удара, а также проводится критический обзор экспериментальных и теоретических исследований переходных процессов в трубопроводах. На основе выполненного обзора формируются цели и задачи представленного диссертационного исследования.

1.1 Технологические операции на магистральных трубопроводах, приводящие к возникновению волновых процессов

Основные причины возникновения переходных процессов на магистральных трубопроводах следует разделить на две группы: плановые технологические операции и внештатные ситуации.

К первой группе относятся все операции, включенные в план работы трубопровода и выполняемые под контролем диспетчера согласно заблаговременно спланированной и утвержденной философии управления трубопроводом. В этом случае вся последовательность действий персонала заранее определена и рассчитана таким образом, чтобы исключить вероятность возникновения опасных ситуаций.

К плановым технологическим операциям относятся:

- вывод из эксплуатации технологического оборудования насосной станции, имеющего непосредственное отношение к процессу перекачки: магистрального или подпорного насосного агрегата, узла учета, регулятора давления, фильтра-грязеуловителя и т.д.;

- операции, связанные с пуском и приемом средств очистки и диагностики;

- вывод из эксплуатации насосной станции при переходе на режим перекачки «через станцию»;

- изменение схемы подключения насосной станции, которое непременно сопровождается перенаправлением потока;

- плановая остановка магистрального трубопровода;

- закрытие линейных задвижек и перенаправление потока через лупинг для проведения ремонтных работ на отсекаемом участке трубопровода;

- плановый ввод резервного оборудования в эксплуатацию;

Однако наибольшую опасность для безопасной эксплуатации трубопроводов представляют внештатные аварийные ситуации, к числу которых можно отнести:

- самопроизвольное закрытие линейных задвижек;

- внезапная остановка насосного оборудования, которая может быть следствием как выхода из строя, так и перебоями в питании электродвигателя;

- неконтролируемое закрытие регуляторов узла регулирования давления, расположенного на выходе НПС;

- резкое закрытие обратного или предохранительного клапана.

А также множество других ситуаций, приводящих к неконтролируемому повышению давления в полости трубопровода. Именно для обеспечения безопасной эксплуатации объектов магистрального трубопроводного транспорта при возникновении аварийных ситуаций применяются системы защиты, исследуемые в представленной диссертации.

1.2. Способы регулирования режимов работы трубопроводов

При необходимости изменения расхода перекачки возникает потребность в изменении рабочего режима трубопровода. Для варьирования параметров режима перекачки предусмотрено множество возможных технологических операций, основные из них рассмотрены в данном параграфе.

1.2.1. Корректировка режима перекачки посредством расположенных на НПС регуляторов

Наиболее простым с технологической точки зрения способом регулирования параметров режима является изменение перепада давления на регулирующих устройствах, установленных на выходе НПС.

На рисунке 1. 1 представлена упрощенная технологическая схема промежуточной насосной станции.

[X]--[XI

Рис.1.1. Упрощенная технологическая схема НПС.

1 - узел подключения НПС; 2 - площадка фильтров-грязеуловителей;

3 - насосный цех; 4 - узел регулирования давления.

В отличие от линейных задвижек, рабочий элемент которых не может занимать промежуточное положение и поэтому находится либо в полностью открытом, либо в полностью закрытом положении, регуляторы давления могут быть частично открыты и зафиксированы в любом из промежуточных положений. Это позволяет варьировать значение местного сопротивления и, таким образом, создавать требуемый перепад давления на регуляторах.

Использование данного метода регулирования режима перекачки позволяет эффективно ограничивать максимальное значение давления на участке трубопровода, расположенном ниже по потоку от рассматриваемой НПС, а также закрытие регулирующих заслонок позволяет удерживать давление на входе НПС не ниже допустимого уровня.

Несмотря на повсеместную распространенность этого метода регулирования, у него имеется один существенный недостаток - фактически, перепад давления на

регуляторе уменьшает действительное значение дифференциального напора насосной станции, т.е. расходует часть мощности, затрачиваемой на повышение энергии жидкости, впустую.

1.2.2. Варьирование частоты вращения роторов центробежных насосных агрегатов

Менее распространенным, но все же достаточно широко известным способом регулирования является использование частотно-регулируемых приводов (ЧРП) центробежных насосных агрегатов.

Дело в том, что электродвигатели, которыми оборудовано большинство насосных станций, расположенных на территории Российской Федерации, обеспечивают вращение вала насоса с фиксированной частотой (обычно эта величина составляет 3000 об/мин для магистральных и 1500 об/мин для подпорных насосов).

Обозначим ю0 [об/мин] частоту вращения ротора магистрального насосного агрегата, при которой привод развивает максимальную полезную мощность, и будем называть эту величину номинальной частотой вращения ротора. Если привод имеет возможность регулирования, то обозначим частоту вращения ротора на том или ином режиме перекачки ю [об/мин]. Отношение частоты вращения ротора к номинальной частоте будем называть приведенной частотой вращения ротора со [-], значение которой вычисляется по формуле

(0=—. (1.1)

ш0

Согласно положениям теории подобия [50, 64], изменение частоты вращения ротора насоса влечет за собой изменение напорной характеристики насоса, которое рассчитывается следующим образом

АН = со2А - В О1,

здесь АН [м] - дифференциальный напор насоса, А [м] и В [ч2/м5] - эмпирические коэффициенты, описывающие характеристику работы насоса.

Пример влияния частоты вращения ротора на напорную характеристику насосного агрегата показан на рисунке 1.2.

700

600

о 500 аз

=0 400 х

-О

03

300

X

ф

о.

ф

-& 200 -а

100

0

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Объемный расход [м /ч]

Рис.1.2. Изменение расходной характеристики насосного агрегата при варьировании частоты вращения ротора

Исследование использования насосов с возможностью частотного регулирование проводилось во многих работах [11,15,25,53,66], в том числе в работе [66] авторы проводят анализ критериев, влияющих на экономическую эффективность применения ЧРП, а в работе [15] авторами предложен алгоритм расчета оптимального распределения давления в трубопроводе для удовлетворения критерию мини-

мизации затрат на электроэнергию.

Несмотря на высокие значения коэффициента полезного действия (КПД) насосов при использовании ЧРП, легкость варьирования дифференциального напора станции, а также обеспечение плавного пуска и остановки насосных агрега-

тов, существуют очевидные недостатки, к которым относятся: значительно завы-

шенная стоимость ЧРП по сравнению с нерегулируемыми приводами; необходимость установки и подключения дополнительного оборудования, обеспечивающего автоматический контроль за работой привода. Именно поэтому число НПС, оборудованных ЧРП, на территории Российской Федерации в настоящее время не превышает нескольких десятков. Из них наиболее известными примерами использования являются насосные станции, входящие в состав первой очереди трубопровода Восточная Сибирь - Тихий Океан (ВСТО-1), а также несколько насосных станций магистрального трубопровода Каспийского Трубопроводного Консорциума.

1.2.3. Изменение числа работающих насосных агрегатов на нефтеперекачивающей станции

Следующим способом варьирования режима работы трубопровода является изменение числа включенных в работу насосных агрегатов.

Рассмотрим пример совместной работы участка трубопровода и насосной станции, в состав которой входят 3 подключенных последовательно насосных агрегата, имеющих характеристики АН^ = А^ — 1 е {1,2,3}. Тогда общая характеристика НПС представляется уравнением

На графике, изображенном на рисунке 1.3, демонстрируется влияние подключения различного числа насосов на параметры режима перекачки. Очевидно, что использование большего числа насосов позволяет передать транспортируемой жидкости значительно большее количество энергии и, таким образом, обеспечить больший расход перекачки.

Однако величину дифференциального напора станции можно варьировать только в допустимом диапазоне, ограниченном снизу условием бескавитационной

з

з

работы насосных агрегатов, а сверху - максимально допустимым рабочим давлением в выходном коллекторе НПС. Кроме того, параметры возможных режимов работы варьируются дискретно с изменением числа работающих насосов, что не позволяет производить тонкую настройку режима перекачки.

о

Объемный расход [м /ч]

Рис.1.3. Изменение режима работы системы «НПС-трубопровод» при варьировании числа работающих насосных агрегатов, подключенных последовательно

1.2.4. Использование противотурбулентных присадок

Эффективным, но довольно дорогим является способ регулирования режима течения посредством добавления противотурбулентной (ПТП) присадки.

Первая работа об исследовании влияния полимерных добавок на сопротивление трения при течении жидкости была опубликована английским ученым Б.А. Томсом [111] в 1948 году. Он обнаружил, что введение полимерных добавок малых концентраций, не превышающих нескольких десятков частиц присадки на миллион

частиц перекачиваемой жидкости, способно значительно уменьшить величину потерь напора на трение. В следствие того, что теория данного явления находится на стыке таких дисциплин, как гидродинамика, реология и химия полимеров, наиболее вероятным принципом действия ПТП является не изменение свойств транспортируемой жидкости, а изменение структуры пристеночной турбулентности [17, 48].

Практическое применение ПТП позволяет снизить потери напора на трение по длине трубопровода, что приводит к двум возможным вариантам изменения режима перекачки:

- снижение уровня давления в трубопроводе при том же расходе;

- увеличение расхода перекачки при сохранении исходного уровня давления.

Исследованию действия противотурбулентных присадок посвящено множество публикаций [3, 14, 17, 45, 48, 49, 55, 71], в том числе вопрос переноса результатов испытаний ПТП рассмотрен в работах [45,49], а анализу экономической эффективности использования присадок посвящена работа [14].

Следует отметить, что механизм действия присадки исключает вариант ее использования в краткосрочной перспективе. Должно пройти достаточно долгое время от момента подачи присадки в трубопровод до момента полного его заполнения. То же самое можно сказать и о промежутке времени, необходимом на полное освобождение участка трубопровода от полимеров и восстановление исходной структуры сопротивления.

К наиболее широко известным случаям применения ПТП на территории России относится трубопровод Каспийского Трубопроводного Консорциума и Трансаляскинский магистральный нефтепровод [88] - за рубежом.

1.3. Обзор существующих способов защиты от гидравлического удара

Как было отмечено в п.1.1, наряду с плановыми технологическими операциями, при эксплуатации магистральных трубопроводов велика вероятность возникновения внештатных ситуаций, приводящих к развитию волновых процессов и гидравлического удара. В этом случае, при отсутствии заранее разработанной технологии защиты от гидравлического удара, возможные последствия представляют значительную опасность для надежной и безопасной эксплуатации всей трубопроводной системы. В следующих ниже параграфах рассмотрены наиболее широко известные и часто применяемые методы защиты трубопроводов от гидравлического удара

1.3.1. Предохранительный клапан как средство защиты от гидравлического удара

В настоящее время системы защиты, основанные на применении специальных пружинных предохранительных клапанов (СППК), имеют наибольшую распространенность в сфере трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов [62, 84]. Подобная популярность обусловлена низкой стоимостью изготовления предохранительного клапана и простотой его эксплуатации.

Принцип действия предохранительного клапана (рис. 1.4) довольно прост: в закрытом положении клапана пружина 1 создает усилие на запорном элементе 2, который блокирует переток жидкости из входного патрубка 3, подсоединенного к защищаемому трубопроводу, в выходной патрубок 4, который подключен к сбросной емкости. Если же давление на запорный элемент со стороны входного патрубка превышает усилие, развиваемое пружиной, то запорный элемент поднимается из своего статического положения и открывает канал для перетока жидкости в сбросную емкость.

Рис.1.4. Конструкция пружинного предохранительного клапана [36]

К очевидному недостатку СППК следует отнести сложность перенастройки давления открытия клапана. Для этого потребуется произвести замену пружины на другую, с требуемой жесткостью, но при этом следует отметить, что согласно существующим государственным нормативам изготавливаемые пружины имеют значения жесткости, распределенные дискретно, что приведет к необходимости установки пружины с некоторым запасом. Кроме того, при этом следует помнить о том, что не каждую пружину возможно установить в корпус СППК.

1.3.2. Использование газовых колпаков для защиты от гидравлического

удара

Газовый колпак представляет собой замкнутую емкость, частично заполненную инертным газом (например, азотом) и свободно сообщающуюся с нефтепроводом. При этом первоначальное давление в газовой полости КГ равно давлению в нефтепроводе в том сечении, в котором к нему присоединен колпак. При увеличении давления в нефтепроводе часть транспортируемой нефти уходит в колпак, сжимая находящийся в нем газ, и благодаря этому давление в нефтепроводе уменьшается.

Рис.1.5. Схема газового колпака [10]

Принципиальная схема устройства газового колпака показана на рис.1.5. В корпусе газового колпака 1 находится герметичный упругий баллон 2, заполненный инертным газом. Жидкость из защищаемого трубопровода поступает в полость газового колпака через входной патрубок 4, на котором установлена сепараторная решетка. Количество газа в устройстве и давление в полости газового колпака контролируется через заправочный патрубок 3.

К безусловным положительным сторонам описанного устройства можно отнести отсутствие дополнительных устройств, необходимых для обратной закачки жидкости из газового колпака в магистральный трубопровод после гидравлического удара - после снижения уровня давления в трубопроводе, жидкость под действием обратного перепада давления самостоятельно перетечет в трубопровод. Из этого также следует, что газовый колпак может быть использован неограниченное число раз подряд без возникновения опасности переполнения сбросной емкости.

Однако существуют и очевидные недостатки использования газовых колпаков. К примеру, требования к устройству и эксплуатации газовых колпаков несколько усложнены относительно требований, предъявляемых к СППК.

1.3.3. Система сглаживания волн давления как средство защиты от гидравлического удара

Система сглаживания волн давления (ССВД) представляет значительно более сложное устройство, основная цель применения которого направлена на уменьшение скорости роста давления во фронте волны давления. Принцип действия ССВД подразумевает совместного использования газового колпака для снижения скорости увеличения давления и предохранительного клапана для обеспечения перепуска жидкости из трубопровода в сбросной резервуар.

Принципиальная схема устройства ССВД показана на рис.1.6.

Одна из полостей перепускного клапана соединена с газовым аккумулятором, частично заполненным газом, частично - разделительной жидкостью. По сути, газовый аккумулятор является газовым колпаком, установленным внутри управляющего устройства ССВД. Давление в этой полости сбросного клапана равно давлению в аккумуляторе и, следовательно, давлению на выходе дросселя.

Рис.1.6. Схематическое изображение системы сглаживания волн давления

Другая полость перепускного клапана соединена напрямую с нефтепроводом, поэтому давление на входе в регулировочный дроссель равно давлению в нефтепроводе. Разделительная емкость предназначена для того, чтобы заменить нефть другой рабочей жидкостью (этиленгликолем).

Подробнее об устройстве ССВД, принципе работы и математической модели устройства см. п.2.5 и публикации [1, 2, 47].

Несмотря на надежность работы системы и гибкие возможности настройки, конструкция ССВД не лишена существенных недостатков, к основным из которых следует отнести сложность конструкции и значительную стоимость устройства.

1.3.4. Предварительное изменение степени открытия регулирующих заслонок для гашения волн давления

Одним из способов защиты от гидравлического удара, основанных на эффективном использовании систем автоматики, является защита посредством изменения степени открытия узлов регулирования давления (УРД). Изображенная на рис.1.1 технологическая схема НПС включает в себя УРД, состоящий из двух подключенных параллельно регуляторов давления, расположенных непосредственно на выходе насосной станции. Основной технологической функцией УРД является поддержание значения давления в выходном коллекторе НПС на заданном уровне. Именно поэтому узлы регулирования давления можно обнаружить только на станциях, оборудованных насосами с электроприводами, т.е. с приводами, поддерживающими постоянную частоту вращения ротора. В то время как на НПС, оборудованных насосами с ЧРП (см. п.1.2.2), регулирование выходного давления производится за счет варьирования частоты вращения роторов насосных агрегатов, и, таким образом, необходимость в установке узла регулирования давления отпадает.

Рассмотрим принцип действия защиты на примере линейного участка трубопровода, по которому производится перекачка продукта от одной станции до некоторого конечного пункта (рис.1.7). На графике синим цветом показано распределение полного напора при стационарном режиме перекачки, зеленым - профиль трубопровода, красной пунктирной линией - распределение максимально допустимого рабочего давления трубы (МДРД), выраженного в метрах. Предположим, что на конечном пункте трубопровода, где производилась приемка нефти из магистрального трубопровода, произошло отключение насосов. В этом случае давление на входе пункта приема начинает резко увеличиваться, и получившаяся волна распространяется с некоторой скоростью с (которая для стальных трубопроводов, заполненных слабо сжимаемой жидкостью, приблизительно равна 1000 м/с) в направлении станции, расположенной выше по потоку (рис.1.7, красные кривые).

900

30 40 50 60 70 Километровая отметка [км]

Рис.1.7. Распространение волны высокого напора по трубопроводу при закрытии

линейной задвижки

Из графиков видно, что в рассматриваемом случае давление в трубопроводе превышает допустимый уровень давления в сечении с координатой 20 км.

Этого превышения давления можно было бы избежать, если бы на выходе НПС заранее удалось снизить давление до некоторого безопасного уровня, чего можно было бы достигнуть посредством прикрытия регуляторов давления сразу после того, как диспетчеру поступил сигнал об отключении станции, расположенной ниже по потоку.

Несомненным преимуществом указанного способа защиты является отсутствие потребности в установке дополнительного оборудования, помимо уже имеющегося на НПС. Однако главным его недостатком является необходимость обеспечения точного контроля момента непроизвольного отключения насосной станции (а в общем случае - момента закрытия линейных задвижек, задвижек безопасности, остановки погрузки танкера и т.п.), а также полное исключение возможности неработоспособности канала связи, по которому поступает сигнал о внештатной ситуации. Иными словами, в отличие от описанных в п. 1.3.1-1.3.3 методов защиты, данный способ принципиально зависит от безукоризненной работоспособности систем автоматики, что в настоящее время довольно сложно реализовать на практике.

1.3.5. Предварительное отключение насосных агрегатов для гашения волн давления

Так же, как и метод, описанный в п.1.3.4, предварительное отключение насосных агрегатов следует относить к методам, основанным исключительно на использовании возможностей системы автоматики без применения дополнительного оборудования.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Федосеев Михаил Николаевич, 2018 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Адоевский А.В. Моделирование работы нефтепроводов, оборудованных системами сглаживания волн давления. Канд. дисс., РГУНГ имени И.М. Губкина, М.: 2011. - 170 с.

2. Адоевский А.В., Арбузов Н.С., Левченко Е.Л., Лурье М.В. Защита нефтепроводов и морских терминалов от гидравлического удара системами сглаживания волн давления // Нефтяное хозяйство. - 2011. - №9. - С. 119-122.

3. Алдыяров Т.К., Дидух А.Г. и др. Исследование эффективности противотурбу-лентной присадки при трубопроводном транспорте нефти по экспортируемому маршруту Казахстан - Китай // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2014. - №2(14). - С.22-28

4. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика (Основы механики жидкости). Учебное пособие для вузов. - М.: Стройиздат, 1975. - 323 с.

5. Арбузов Н.С., Дидковская А.С., Лурье М.В. Защита трубопроводов морских нефтеналивных терминалов от гидравлического удара с помощью береговой компенсаторной емкости // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2012. - №4. - С. 33-35.

6. Арбузов Н.С., Поляков В.А. Гидроударные явления и комплексная защита морских нефтеналивных терминалов // Известия вузов. Нефть и газ. - 2011. - №2. -С. 50-53.

7. Арбузов Н.С. Быстродействующий запорный клапан как альтернативный способ защиты от гидроудара морского нефтеналивного терминала // Нефтяное хозяйство. - 2012. - №2. - С.106-108.

8. Арбузов Н.С. Влияние значения уставки давления предохранительных клапанов на эффективность системы защиты морского нефтеналивного терминала от гидроудара // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2013. - №3. - С.33-35.

9. Арбузов Н.С. Защита морских терминалов от гидроударных явлений созданием в технологических трубопроводах самотечных участков. Нефтяное хозяйство, №4, 2011, 129 с - 131 с.

10. Арбузов Н.С. Обеспечение технологической безопасности гидравлической системы морских нефтеналивных терминалов в процессе налива судов у причальных сооружений. Докт. дисс., ООО «ИМС Индастриз», М.: 2014. - 310 с.

11.Ахмадуллин К.Р. Энергосберегающие технологии трубопроводного транспорта нефтепродуктов. Докт. дисс., УГНТУ, Уфа: 2005. - 379 с.

12.Бабенко А.В., Корельштейн Л.Б. Гидравлический расчет двухфазных газо-жид-костных течений. Современный подход. В книге: 25 лет ООО «НТП Трубопровод». Сборник статей. Москва, ООО «НАВИГАТОР», 2017. - с.66-74.

13.Бабенко А.В., Юдовина Е.Ф., Корельштейн Л.Б., Гартман Т.Н. Программная реализация модуля гидравлических расчетов двухфазных газожидкостных потоков. Программные продукты и системы. 2013, №1, с. 141-146.

14.Бархатов А.Ф., Настепанин П.Е. Противотурбулентная присадка ка один из способов снижения капитальных и эксплуатационных затрат // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2014. - №3(15). - С.18-26.

15.Беккер Л.М., Штукатуров К.Ю. Расчет оптимального режима работы нефтепровода, оборудованного частотно-регулируемым приводом // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2013. - №3(11). - С.27-33.

16.Бержерон Л. От гидравлического удара в трубопроводах до разряда в электрической сети (пер. с франц.). - М.: Машгиз, 1962. - 348 с.

17.Валиев М.И., Жолобов В.В., Тарновский Е.И. К вопросу о механизме действия высокомолекулярных полимерных противотурбулентных присадок // Наука и

технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2013. -№3(11). - С.18-27.

18.Витрувий. Десять книг об архитектуре. Пер. Петровского Ф.А. М.: Издательство Всесоюзной Академии архитектуры, 1936. - 331 с.

19.Вязунов Е.В., Голосовкер Б.И., Голосовкер В.И. Исследование переходных процессов в трубопроводе // Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. - 1970. - №10. - С.3-6.

20.Вязунов Е.В. Методика расчета перегрузок трубопровода по давлению в переходных процессах // Нефтяное хозяйство. - 1973. - №9. - С. 45-47.

21. Годовой отчет ОАО «АК «Транснефть» за 2015 год. - М., 2016. - 191 с.

22.Годунов С.К., Рябенький В.С. Разностные схемы (введение в теорию). Учебное пособие. М.: Наука, 1977. - 440 с.

23.Громека И.С. О скорости распространения волнообразного движения жидкостей в упругих трубках // Собрание протоколов заседаний секции ф.-м. наук об-ва естествоиспытателей при Казанском ун-те, 1883. - т.1.

24.Гусейн-Заде М.А., Юфин В.А. Методы расчета неустановившегося движения нефтепродуктов и нефтей в магистральных трубопроводах с промежуточными насосными станциями. М.: Недра, 1973. - 72 с.

25.Евтух К.А., Вязунов Е.В., Бархатов А.Ф. Об экономической эффективности замены узлов дросселирования давления на нефтеперекачивающих станциях частотно-регулируемыми приводами или гидромуфтами // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2014. - №2(14). - С.15-21.

26.Жолобов В.В., Варыбок Д.И., Егоров Д.В. Анализ изменений переходных процессов, возникающих в магистральном трубопроводе в результате ввода проти-вотурбулентной присадки // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2017. - Том 7. - №2(29). - С. 56-65.

27.Жолобов В.В., Сунагатуллин Р.З., Гольянов А.И. К вопросу вычисления объема паровой области на самотечном участке трубопровода. Нефтегазовое дело. -2016. - № 3(23). - С. 116-123.

28.Жолобов В.В., Тарновский Е.И. Численный анализ пульсационного режима движения газопаровой полости в напорном нефтепроводе. Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2016. - № 2(22). - С. 41-49.

29.Жолобов В.В., Лукманов М.Р., Морецкий В.Ю., Тарновский Е.И. Численный анализ параметров волнового взаимодействия, связанного с работой оборудования линейной части и системы автоматического регулирования давления // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. -2015. - № 3(19). - С. 36-45.

30.Жуковский Н.Е. Вихревая теория гребного винта. М.: Гостехиздат,1950. -235 с.

31. Жуковский Н.Е. О гидравлическом ударе в водопроводных трубах. Бюллетени Политехнического общества, 1899. - №5.

32.Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Книга по требованию, 2012. - 466 с.

33.Картвелишвили Н.А., Нонезов Г.Д. Расчет гидравлического удара в ответвлениях // ТбилНИГЭИ, 1936 (не опубликовано).

34.Картвелишвили Н.А. Динамика напорных трубопроводов. М.: Энергия, 1979. -224 с.

35.Картвелишвили Л.Н. Принципы расчета гидравлического удара и их развитие // Природообустройство. - 2012. - № 4. - С. 72-77.

36.Каталог теплотехнического оборудования. URL: http://www.ktto.com.ua/kon-struktsiya/kph (дата обращения: 13.07.2017).

37.Корельштейн Л.Б., Кохов Т.А. О методе численного решения задачи теплопроводности с нестандартными краевыми условиями при расчете теплообмена в теплоизоляционных конструкциях систем обогрева трубопроводов тепловыми

спутниками. В книге: Цифровые средства производства инженерного анализа. Сборник материалов Первой всероссийской конференции с международным участием. Тула, Издательство ТГПУ им. Л.Н. Толстого, 2017. - с. 121-137.

38.Корельштейн Л.Б. Расчет критического и околокритического течения реальных газов и двухфазных сред в трубах. В книге: Трубопроводные системы энергетики. Математическое и компьютерное моделирование. Новосибирск, «Наука», 2014, с.55-66.

39.Кочин Н.Е., Кибель И.А., Розе Н.В. Теоретическая гидромеханика. Ч.1 и 2. М.: Физматгиз, 1963.

40.Крылов Ю.В., Рыжевский О.Н., Носов В.А. Горизонтальные герметичные емкости в качестве воздушных колпаков // Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. - 1975. - №12.

41. Куликовский А.Г., Погорелов Н.В., Семенов А.Ю. Математические вопросы численного решения гиперболических систем уравнений. Москва, Физматлит, 2001.

42. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. 3-е изд. - М.: Наука, 1986. - 736 с.

43. Левченко Е.Л., Арбузов Н.С. и др. Инженерные методы прогнозирования и профилактики гидроудара // Трубопроводный транспорт нефти. -1995. -№11. -С.24-29.

44. Левченко Е.Л., Арбузов Н.С. и др. Самотечная транспортировка нефти при организации течения с неполным заполнением сечения трубопровода // Трубопроводный транспорт нефти. - 1995. - №7. - С.7-11.

45. Лисин Ю.В., Семин С.Л., Зверев Ф.С. Оценка эффективности противотурбулент-ных присадок по результатам опытно-промышленных испытаний на магистральных нефтепроводах // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2013. - №3(11). - С.6-12.

46.Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1970. - 904 с.

47.Лурье М.В., Адоевский А.В., Арбузов Н.С. Моделирование и предварительная настройка систем сглаживания волн давления // Известия вузов. Нефть и газ. -2009. - №6. - С.38-45.

48.Лурье М.В., Арбузов Н.С., Оксенгендлер С.М. Расчет параметров перекачки жидкостей с противотурбулентными присадками // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2012. - №2. - С.56-60.

49. Лурье М.В., Голунов Н.Н. Использование результатов стендовых испытаний малых противотурбулентных добавок для гидравлических расчетов промышленных трубопроводов // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2016. - №4(24). - С.32-38.

50. Лурье М.В. Математическое моделирование процессов трубопроводного транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. - М.: Изд. центр РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2012. - 456 с.

51. Лурье М.В., Астрахан И.М., Кадет В.В. Гидравлика и ее приложения в нефтегазовом производстве. - М.: МАКС Пресс, 2010. - 332 с.

52. Марон В.И. Гидравлика двухфазных потоков в трубопроводах. Учебное пособие. - С.-П.: Лань, 2012. - 248 С.

53. Михайлов Д.А., Гольянов А.И. О распределении напора насосных станций, оборудованных насосными агрегатами с частотно-регулируемым приводом // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. - 2011. - №1. -С.6-8.

54.Михайлов А.К., Малюшенко В.В. Лопастные насосы. Теория, расчет и конструирование. - М.: Машиностроение, 1977. - 288 с.

55.Настепанин П.Е., Евтух К.А., Чужинов Е.С., Бархатов А.Ф. Особенности применения противотурбулентной присадки на магистральных нефтепроводах, оснащенных САРД на базе МНА с ЧРП // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2013. - №3(11). - С.12-18.

56. Общие сведения о проекте расширения КТК. URL: http : //www.cpc.ru/RU/expansion/Pages/ general.aspx (дата обращения: 21.12.2017).

57.Одишария Г.Э., Точигин А.А. Прикладная гидродинамика газожидкостных смесей. - М. : Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий, 1998. - 400 С.

58.ПАО «Газпром нефть». Годовой отчет 2015. - М., 2016. - 259 с.

59.Полянская Л.В. Исследование нестационарных процессов при изменении режима работы нефтепроводов с центробежными насосами. Канд. дисс. - М.: МИНХиГП имени И.М. Губкина, 1965. - 141 с.

60.Полянская Л.В. Система из двух воздушных колпаков как средство уменьшения крутизны волны давления в трубопроводе // Изв. вузов. Нефть и газ. - 1969. - № 4. - С. 90-94.

61. Проект расширения КТК. URL: https://www.transneft.ru/about/proiects/cur-rent/10203/ (дата обращения: 21.12.2017).

62.Рахматуллин Ш.И., Гумеров А.Г., Верушин А.Ю. О влиянии параметров клапана-гасителя на величину гидроудара в нефтепроводе // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2009. - №2(76). - С.76-78.

63. Рождественский Б.Л., Яненко Н.Н. Системы квазилинейных уравнений и их приложения к газовой динамике. - М.: Наука, 1978. - 688 с.

64.Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. -М.: Наука,1987. -432 с.

65.Слёзкин Н.А. Динамика несжимаемой жидкости. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1955. - 519 с.

66.Туманский А.П. Оптимизация режимов транспортировки углеводородных жидкостей по трубопроводам с промежуточными насосными станциями, оборудованными частотно-регулируемым приводом. Канд. дисс., РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, М.: 2008. - 137 с.

67.Чарный И.А. К теории одноразмерного неустановившегося движения жидкости в трубах // ДАН СССР, 1938. - т.18. - вып. 1.

68.Чарный И.А. К теории одноразмерного неустановившегося движения в трубах и расчету воздушных колпаков и уравнительных башен // Изв. АН СССР, 1938. -№6.

69.Чарный И.А. О колебаниях давления при переменном движении жидкости в трубах // Труды МНИ им. И.М. Губкина, 1939. - вып.1.

70.Чарный И.А. О гидравлическом ударе вязкой жидкости в трубопроводе // Труды МНИ им. И.М. Губкина, 1940. - вып.2.

71.Челинцев Н.С. Исследование особенностей трубопроводного транспорта дизельных топлив с противотурбулентной присадкой. Канд. дисс., РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, М.: 2011. - 139 с.

72.Чисхолм Д. Двухфазные течения в трубопроводах и теплообменниках. Пер. с англ. - М.: Недра, 1986. - 204 С.

73.Ширяев А.М., Валиев М.И., Жолобов В.В., Тарновский Е.И. Построение математической модели волнового процесса в упругом подземном нефтепроводе, подверженном сейсмическому воздействию. Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2014. - № 3(15). - С. 54-62.

74.Федосеев М.Н. Комбинированная система защиты трубопроводов морских нефтеналивных терминалов от гидравлического удара // Территория «Нефтегаз». - 2014. - №9. - С.18-23.

75. Федосеев М.Н. Выбор газовой емкости колпака, используемого в качестве средства защиты коротких трубопроводов от гидравлического удара // Трубопроводный транспорт. [теория и практика]. - 2014. - №1(41). - С.54-57.

76. Федосеев М.Н. Использование газовых колпаков для защиты трубопровода от волн гидравлического удара // 66-я международная молодежная научная конференция «Нефть и газ - 2012» г. Москва. 17 - 20 апреля 2012 г. Сборник докладов, с. 292.

77.Федосеев М.Н. Комбинированная система защиты трубопроводов морских нефтеналивных терминалов от гидравлического удара // 68-я международная молодежная научная конференция «Нефть и газ - 2014» г. Москва. 14 - 16 апреля 2014 г. Сборник докладов.

78. Федосеев М.Н. Защита трубопроводов от гидравлического удара системами с газовыми аккумуляторами. // Сборник тезисов участников форума «Наука будущего - наука молодых» - Том 1. - Севастополь, 2015. - с. 113 - 116.

79. Федосеев М.Н. Моделирование остановок нефтеперекачивающих станций, оборудованных системами сглаживания волн давления // Трубопроводный транспорт [теория и практика]. - 2016. - №5(57). - С.8-12.

80.Федосеев М.Н., Лурье М.В. Сопоставление эффективности действия систем сглаживания волн давления и газовых колпаков // Территория «Нефтегаз». -2015. - №9. - С.16-20.

81.Федосеев М.Н., Лурье М.В., Арбузов Н.С. Теория и расчет систем сглаживания волн давления // Территория «Нефтегаз». - 2015. - №6. - С.28-34.

82.Федосеев М.Н., Арбузов Н.С., Лурье М.В. Использование газовых колпаков для защиты морских нефтеналивных терминалов от гидравлического удара // Нефтяное хозяйство. - 2014. - №10. - С.124-127.

83. Фокс Д.А. Гидравлический анализ неустановившегося течения в трубопроводах. Пер. с англ. М.: Энергоиздат, 1981. - 248 с.

84.Юфин В.А., Крылов Ю.В. Расчет изменения давления в магистральных нефтепроводах, оборудованных предохранительными клапанами // Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. - 1975. - №10.

85. Allievi L. Teoria generale del moto perturbato dell'acqua nei tubi in pressione (colpo d'ariete) // Annali della Societa degli Ingegneri ed Architetti Italiani, 1902. - p. 285 -325.

86.Beattie D.R., Whalley P.B. A simple two-phase frictional drop calculation method // International Journal of Multiphase Flow. - V.8. - №1. - 1982. - p.83-87.

87.Bernoulli D. Hydrodynamica. Johann Reinhold Dulsecker. - 1738. - 325 p.

88.Burger E.D., Munk W.R., Wahl H.A. Flow Increase in the Trans Alaska Pipeline Through Use of a Polymeric Drag-Reducing Additive // Journal of Petroleum Technology. - V.34. - 1982. - p.377-386.

89. Castelli B. Della Misura dell'Acque Correnti. Roma, Italy. - 1628.

90. Chaudhry M.H. Applied Hydraulic Transients, 3rd Edition. 2014. - 502 p.

91. Euler L. Principes généraux du movement des fluids // Mémoires de l'Académie royale des sciences et belle lettres, Berlin. - V.11. - 1757. - p.274-315.

92. Friedel L. Improved friction pressure drop correlations for horizontal and vertical tow-phase pipe flow // Presented at European two-phase flow group meeting, Italy. - 1979.

93. Gottlieb S., Shu C.-W. Total variation diminishing Runge-Kutta schemes // Math. Comp. - V.67. - 1998. - p.73-85.

94. Gottlieb S., Shu C.-W., and Tadmor E. Strong stability-preserving high-order time discretization methods // SIAM Review. - V.43. - 2001. - p.89-112.

95. Karman T. Aerodynamics: Selected Topics in the Light of Their Historical Development. Dover Books on Aeronautical Engineering, 2004. - 224 p.

96. Krivodonova L. Shock detection and limiting with discontinuous Galerkin methods for hyperbolic conservation laws // Applied Numerical Mathematics. - V.48. - 2004. - p.323-338.

97. Krivodonova L. Limiters for high-order discontinuous Galerkin methods // Journal of Computational Physics. - V.226(1). - 2007. - p.879-896.

98. Lockhart R.W., Martinelli R.C. Proposed correlation of data for isothermal two-phase, two-component flow in pipes // Chemical Engineering Progress. - V.45. - 1949. -p.39-48.

99. Navier C.-L. Mémoire sur les lois du mouvement des fluids // Mémoires de l'Académie des sciences de l'Institut de France, 1827.

100. Newton I. Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, 1687.

101. Parmakian J. Waterhammer Analysis. N.-Y.: Dover Publications, Inc, 1963. - 161 p.

102. Poiseuille J.L.M. Recherches expérimentales sur le movement des liquids dans les tubes trés-petits diamétres // Mémoires presentés par divers savants a l'Académie Royale des Sciences de l'Institut de France, 1846. - V.9. - p. 433-544.

103. Schwarz M. Neue Forschungsergebnisse zu Vitruvs colliviaria // Deutschen Wasserhistorischen Gesellschaft. Cura Aquarum in Jordanien, Germany, 2008. - p. 353359.

104. Stokes G.G. On the theories of the internal friction of fluids in motion // Transactions of the Cambridge Philosophical Society, 1845. - V.8. - p. 287-305.

105. Streeter V.L., Wylie E.B. Hydraulic transients caused by reciprocating pumps // ASME Paper No. 66-WA/FE-29. - 1966.

106. Streeter V.L., Wylie E.B. Transient Analysis of Offshore Loading Systems // J. of Eng. for Industry, Trans. ASME, vol. 97, ser. B. no. 1. pp. 259-265, Feb., 1975.

107. Streeter V.L. Valve Stroking to Control Waterhammer // J. of Hyd. Div., Proc. ASCE, 1963. - vol. 89. - p. 39-66.

108. Streeter V.L., Wylie E.B. Fluid Mechanics. 6th Edition. McGraw-Hill, Inc., 1976. - 752 p.

109. Thorley A.R.D. Fluid Transients in Pipeline Systems, 2nd Edition. 2004. - 304 p.

110. Thorley A.R.D., Enever K. Control and Suppression of Pressure Surges in Pipelines and Tunnels // Construction Industry Research and Information Association, London. 1979.

111. Toms B.A. Some observations on the flow of linear polymer solutions flow through straight tubes at large Reynolds numbers // Proceedings of the 1st International Congress on Rheology, North Holland. - V.2. - 1948. - p. 135-141.

112. Watters G. Modern analysis and control of unsteady flow in pipelines. Ann Arbor Science Publishers, Inc. Collingwood, 1979.

113. Wood D. Pressure surge attenuation utilizing an air chamber // J. Hydraulics Div., Am. Society of Civil Eng., Vol. 96, pp. 1143-1156. 1970.

114. Wood D., Jones S. Waterhammer charts for various types of valves // Procs. ASCE., Jo. Of Hydraulics Div., HY1, Vol. 99, pp. 167-178. 1973.

115. Zienkiewicz O.C., Taylor R.L., Zhu J.Z. The finite element method: its basis and fundamentals. Butterworth-Heinemann, 2005. - 802 p.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Общество с ограниченной ответственностью

«ИМС ИНДАСТРИЗ»

В Диссертационный совет Д 212.200.17 119991, г. Москва, Ленинский пр-т, д. 65

Справка об использовании результатов диссертационного исследования

Настоящим подтверждаем, что диссертационное исследование Федосеева Михаила Николаевича на тему «Динамика волновых процессов в магистральных трубопроводах с системами защиты от перегрузок по давлению на основе газовых аккумуляторов», представленное на соискание степени кандидата технических наук по специальности 01.02.05 - «Механика жидкости, газа и плазмы», представляет серьезный практический интерес. Результаты исследования использованы при выполнении работ по расчету переходных процессов и оценке эффективности параметров защиты от гидравлического удара на множестве объектов трубопроводного транспорта нефти, расположенных на территории России и ближнего зарубежья, к числу которых относятся: магистральные трубопроводы Каспийского трубопроводного консорциума и «Павлодар - Шымкент а также технологические трубопроводы береговых и причальных сооружений морских терминалов ООО «Спецморнефтепорт «Козьмино», ООО «Спецморнефтепорт «Усть-Луга» и Новопортовского месторождения.

Кроме того, по результатам исследования были зарегистрированы два патента РФ №142286 и №2559225 на изобретение «Комбинированная система защиты наливного трубопровода от гидравлического удара».

Все выполненные расчеты подтверждаются техническими отчетами по вышеназванным работам, кс ООО «ИМС

Индастриз».

Технический директор — зам. генерального директора

Начальник отдела расчетов переходных процессов в труб

С.В. Самсонов

II.С. Арбузов

117312, г. Москва, ул. Вавилова, д. 47а. Тел.: [phone]

РОССИЙСКАЯ ФЬДЕРЛДН Л

114 RU!tl>

<зп мик

FtfiL SSOtS f JW.OI)

2 559 225" C1

о

1Й

(4

N

m u> u> гч

ф lii е.рл. t l11л a l jl v жбл

jio hhi ь: litk i усилий t obe гйькнос! и

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

1Ш2311ШСМ 30I4HW52K/W., ИЮЗЗОН

III Hilü.n птсчетй цч ira JcAn впи [|||Пш:

ниши

NjlHiifiÜTClMjf

(23>Д|П »хрлчгшпш 10Ш2014

{43) Опубриюнимс 1008.2015 БщК 22

IС IUICIU цжуиснтй, дм IJi| 'I 'KJMMUI ы ЛТЧСГС о

Паки; Ар6ух>1 ¡1С. Комбцпкрмпши с№тсш иЩпги hdJkehi тфтлилшпык тсрнхи»4р* щ гил|юулдрннХ МЯеКНА.

Т р wviri р I iuj.-i h и А ip.iritiuip] геиркл и

рросши Я* август 2010. с 2Ю-23. RU 2220J5S С2, 20М-2И13 RU 2Ш8Л Cl. iQ.0B.199? US ¡81615! А. 1№ 10 ¡99« US А. 0&OI.1VHE

A.ifX.Y .iJJI IltfMBfW

S2<]<tf. «иий.ЩШк IJ ООО Л11Ф-ЮСТИС

(72 I AjiIL'[4:JI.

Ар&у»» HKiu.iet CcptrJtuH'HRLIl, Лурье Müi.tK.i Bii_Liis4ri.plчип iRU i. ФсДКса Mnum i I КЕ Laut ам111RU)

173 JI In i fIi i иоолд-и

ofiutttlwj mrft л h 4rth hufl (iIktvikiiiiivwi 'Аищи-irtilf' illUt

134 КОМБИ ННРОВ АН НАЛ СИСТЕ MA ЗАЩИТЫ ШДОА&ЛНЧЁСКОГО УДА*А

J57f IVijKpir:

Л KiupviFhiHC Ш1Ш1П1 JtrpoAaitH J.H

и|ЦП|Ц |р\Гш||||чш>. JL'Ü iptHUyniKIKHIW ИсфгаиЛКШШ! YI.IJV.-MI4 II pciliui H'pUHIIiLlUIOl ■Li Lkt nOWHKHIW[0 ЛДИИГНМ» (ш Lji.iJL Jli4TVi,hH V^jpüBl, IM} JtllUküHJtlELLY H irjhHUXLi pKilL ly J I lälLHI:

i руйширмли.ш при быстром шк[1Ы111н n.mniffi

hi.L 1 fty SonpOlkXW Hill IMJl111J\ ifpilrihLLlLlU.

II U<lj«Lnr H'IJlli irnnlfclflfclVI ILpi1 rKLILEYH I JIIJUI miimVIllHI 1ЖКМ -i KHCtiHii шфшщж.и» ■■ Lii-[' i li i p« ■к ё ипртыци» (пещи hihihi u

HUJIHWil.....[.уишровиЛй от I ЩМИ ИИ Ii I II

l.Ljpj kjk« L Jl i, LI I II^M'ld.jLJIVhr U DCfKimy.lt)

^бркпые L'KhX'ih. iMcilltlKimut t Hj. LH......

rpfnülipdlüJDU, II E;i№JIK)U IXOC1WII кргоравд

70 с

ro Vi (Jl Ф ro

IM w

НАЛИВНОГО ТРУБОПРОВОДА ОТ

] iLILl''II. IllI IJ Sj.tülHibJ, 11 f"I Pl'.-sr lipil11.L. I hl IJI-.. jn.i n,lк [Mim iL iuna ihiL11.i ML-jiiJiieiinHiijrn.i ЧСИ ■ jcpci L<BUJ Л[НК|Ш1[ИК(1|.'|Ь.!ф|| Iftili tiHWI

wtivn nunuwetu приличий L~»OÜOV№

hjiT-iJjl'M.I ч. IIJ.JLLhill.LM Гр>1>1 41 pUBf-LOW 1] 11.1ч. I 11' 111. шиши №№ И <TVIikrPL>pi КЕТМИЙ шинлиа

I'i4j 11 п l\ kühl priy.ivHiiu н i <~i | v; L'tid k mt wiiii HL'miHL'iiHt rniti utiiiyiv им i[naiaiciiiii lucium

.11* L 'Mp.i i ml 11 > ULJ'ILii НЦЦКЛ! Hl кроеных СНКШКЙ II IjnlwilJKIBOa, IHtlirlCIIHC

•aw№Kiim iiqv.-najiK-HMv cGfHiufin «нмж re*.

JVlblLbLHl' il.LL p-*. kl I i Ч1ЫnidHjJilll I 11 L'P>hM i L<iiiitiiiiii dniHI шшпи 1ljni IkilüdlMMI .VilLlflllll H [|iy№n|UlkV|i J IL'L.