«Автоматизация и информатизация ТЭК»

Квазистационарная гидравлическая модель течений в нефте- и нефтепродуктопроводах

УДК: 621.644
DOI: 10.33285/2782-604X-2023-10(603)-59-69

Авторы:

¹ РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, Москва, Россия
² Газпром промгаз, Видное, Россия

Ключевые слова: математическое моделирование, нефте- и нефтепродуктопроводы, гидравлические цепи, квазистационарные режимы, оперативное управление, перекачка продукта партиями

Аннотация:

При оперативном управлении нефте- и нефтепродуктопроводами возникают разнообразные задачи – от исследования самотечных режимов до разработки мероприятий по защите от ударных волн. Масштабы времени в этих задачах различаются на порядки. Математические модели течения во многом зависят от временного масштаба. Как известно, критерии одного масштаба времени далеко не всегда годятся для оценки явлений другого масштаба времени. В статье рассматриваются течения в нефте- и продуктопроводах, характерные для штатных режимов эксплуатации. Эти течения нельзя считать стационарными. Меняются плотность, вязкость, компонентный состав флюида, однако изменения происходят в штатном режиме оперативного управления. Причинами изменений могут служить: маневрирование потоками, дрейф технического состояния оборудования, изменение свойств продукта, поступающего в систему, непостоянство внешних условий (погоды, спроса потребителей). Для имитации процесса перекачки в этих обстоятельствах разработана модель, названная квазистационарной. Эта модель предназначена для адекватного описания ситуации в режиме перекачки продукта партиями, при компаундировании, добавлении противотурбулентных и антикоррозионных присадок. Предложен специальный математический аппарат для исследования квазистационарных течений, имеющий существенные отличия от традиционных моделей механики сплошной среды. Реализующий метод алгоритм охватывает случай трубопроводных сетей произвольной конфигурации.

Список литературы:

1. Жуковский Н.Е. О гидравлическом ударе в водопроводных трубах. – Изд. 3-е. – М.: URSS, 2011. – 104 с. – (Физико-математическое наследие: физика (механика)).
2. Лурье М.В. Теоретические основы трубопроводного транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. – М.: Недра, 2017. – 477 с.
3. Нечваль М.В., Новоселов В.Ф., Тугунов П.И. Последовательная перекачка нефтей и нефтепродуктов по магистральным трубопроводам. – М.: Недра, 1976. – 223 с.
4. Оптимизация последовательной перекачки нефтепродуктов / М.В. Лурье, В.И. Марон, Л.А. Мацкин [и др.]. – М.: Недра, 1979. – 256 с.
5. Сухарев М.Г., Юфин В.А. Определение расчетной производительности продуктопровода при последовательной перекачке бензина и дизельного топлива // Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. – 1974. – № 3. – С. 18–21.
6. Nicholas E. Simulation of Slack Line Flow. A Tutorial: PSIG 9505 // PSIG Annual Meeting, Oct. 18–20, 1995. – Pipeline Simulation Interest Group, 1995. – 18 p.
7. Manning W., Lind G. Data Analysis and Discussion of Product Interface Size on a Batched Crude Oil Pipeline: PSIG 1411 // PSIG Annual Meeting, May 6–9, Baltimore, Maryland, USA. – Pipeline Simulation Interest Group, 2014. – 9 p.
8. Milano G., Goyal N., Basnett D. Tracking Batches Accurately in a Multi-Product Pipeline with Large Elevation Changes and Prominent Slack Flow // 2018 12th Int. Pipeline Conf., Sept. 24–28, 2018, Calgary, Alberta, Canada. Vol. 3. Operations, Monitoring, and Maintenance; Materials and Joining. – 2018. – DOI: 10.1115/IPC2018-78715
9. Stanley G., Ford M.H. Throughput Maximization and Verification for Batched Liquid Pipelines: PSIG 1216. – PSIG Annual Meeting, May 15–18, 2012, New Mexico. – Pipeline Simulation Interest Group, 2012. – 16 p.
10. Garcia-Hernandez A. Modeling and Simulation Case Study of a Batching Operation of Crude Oils in a Pipeline System: PSIG 1111 // PSIG Annual Meeting, May 24–27, 2011, California. – Pipeline Simulation Interest Group, 2011. – 14 p.
11. Milano G. Evaluating Different Approaches for Tracking Batches in a Multi-Product Pipeline During the Presence of Slack: PSIG 1904 // PSIG Annual Meeting, May 14–17, 2019, London. – Pipeline Simulation Interest Group, 2019. – 9 p.
12. Matko D., Blažič S., Geiger G. Simulation of Multi-product Pipelines // Int. J. of Mathematical Models and Methods in Applied Sciences. – 2007. – Vol. 1, Issue 2. – P. 62–69.
13. Blažič S., Matko D., Geiger G. Simple Model of a Multi-Batch Driven Pipeline // Mathematics and Computers in Simulation. – 2004. – Vol. 64, Issue 6. – P. 617–630. – DOI: 10.1016/j.matcom.2003.11.013
14. Ellul I.R., Shippen M.E., Saether G. The Modeling of Multiphase Systems Under Steady-State and Transient Conditions. A Tutorial: PSIG 0403 // 36th Annual Meeting, Palm Springs, CA. – Pipeline Simulation Interest Group, 2004. – 21 p.
15. Меренков А.П., Хасилев В.Я. Теория гидравлических цепей. – М.: Наука, 1985. – 278 с.
16. Сухарев М.Г., Самойлов Р.В. Анализ и управление стационарными и нестационарными режимами транспорта газа. – М.: Издат. центр РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина, 2016. – 399 с.
17. Сухарев М.Г., Южанин В.В. Моделирование системы нефтеснабжения как проблема теории гидравлических цепей // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. – 2021. – № 3(572). – С. 40–51. – DOI: 10.33285/0132-2222-2021-3(572)-40-51
18. Исследование методов расчета кинематической вязкости нефти в магистральном нефтепроводе / О.В. Аралов, И.В. Буянов, А.С. Саванин, Е.И. Иорданский // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2017. – Т. 7, № 5. – С. 97–105.
19. Новицкий Н.Н. Оценка параметров гидравлических цепей / отв. ред. д.т.н. Е.В. Сеннова. – Новосибирск: Наука, 1998. – 213 с.