Технологический расчет трубопроводов, по которым перекачиваются нефть и нефтепродукты, имеющие постоянную температуру по длине всего трубопровода, включает: определение оптимальных параметров _ диаметра трубопровода, давления на нефтеперекачивающих станциях и числа насосных станций; расстановку насосных станций вдоль фиксированной трассы трубопровода; определение режимов перекачки.
Гидравлический расчет трубопровода при изотермическом режиме перекачки выполняют по основным формулам, устанавливающим взаимосвязь между перечисленными факторами.
Пропускная способность нефтепровода (Q – объемная или G – массовая) является основной исходной величиной для гидравлического расчета
G = ρtQ,(1.1)
где ρt - расчетная плотность нефтепродукта.
ρt = ρ20 - ξt (t - 20), (1.2)
где ρ20 – плотность нефтепродукта при температуре 20⁰С; ξt – температурная поправка,
ξt = 1,825 – 0,00131 ρ20. (1.3)
Средняя скорость движения ν нефтепродукта по трубопроводу с расходом связана соотношением
, (1.4)
где Fсв – площадь поперечного сечения трубы в свету; Dвн – внутренний диаметр трубопровода.
С учетом значений Q и Fсв внутренний диаметр трубопровода
, (1.5)
Имея заданную пропускную способность трубопровода, и принимая среднюю скорость ориентировочно равной 1-2 м/с, можно выбрать рациональный диаметр трубопровода, который в последующем оптимизируется с учетом не только всех технических параметров, но и экономической эффективности всей системы трубопровода. Потери напора от трения жидкости hτ по длине трубопровода определяются по формуле Дарси-Вейсбаха
(1.6)
где 
коэффициент гидравлического сопротивления; L – длина трубопровода; g – ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с2).
Гидравлический режим течения жидкости по трубопроводу при заданных пропускной способности Q, длине L и внутреннем диаметре D вн трубопровода характеризуется числом Рейнольдса
, (1.7)
где ν, μ – соответственно кинематический и динамический коэффициенты вязкости нефтепродукта.
При ламинарном течении 
определяется по формуле Стокса
(1.8)
Ламинарный режим сохраняется до Re ≈ 2320. При турбулентном режиме течения (Re > 2320) различают три зоны трения:
гидравлически гладких труб
2320 < Re < Re 1, (1.9)
, (1.10)
зону смешанного трения
Re1 < Re < Re11, (1.11)
0,25; (1.12)
зоны квадратичного трения
Re > Re11, (1.13)
(1.14)
Здесь ε - относительная шероховатость труб.
Формула (1.6) может быть представлена в обобщенном виде (обобщенная формула Лейбензона)
(1.15)
где β, m - характеристики режима движения. Величина для ламинарного режима равна 1,0; для турбулентного режима в зоне гидравлически гладких труб 0,25, в зоне смешанного трения 0,123, в зоне квадратичного трения – 0.
Потеря напора на трение на единице длины трубопровода называется гидравлическим уклоном
(1.16)
Если трубопровод имеет параллельно действующую нитку (трубопровод – лупинг), то гидравлический уклон на участке установки лупинга
(1.17)
где 
- гидравлический уклон трубопровода без лупинга; Dл – диаметр лупинга; Dвн – диаметр основной магистрали.
Для трубопровода, имеющего вставку и другого диаметра Dвс , гидравлический уклон
(1.18)
где - гидравлический уклон основного трубопровода.
Суммарный расход на сдвоенном участке равен расходу в одиночном трубопроводе
(1.19)
где Q – расход в одиночном трубопроводе; Qл – расход в лупинге,
, (1.20)
Qм – расход в основной магистрали на сдвоенном участке,
(1.21)
Потери напора в трубопроводе с лупингом 
и диаметром Dл определяется по формуле
(1.22)
где
(1.23)
Если Dл = Dвн, то при ламинарном течении ω = 0,5; при турбулентном течении в зоне гидравлически гладких труб ω = 0,296; в зоне квадратичного закона сопротивления ω = 0,25.
Потери напора в трубопроводе, имеющем вставку, определяются аналогичным образом
(1.24)
где 
– длина вставки.
Потери на местные сопротивления определяют по формуле
(1.25)
где 
– коэффициент местного сопротивления.
Для магистральных трубопроводов потери напора в местных сопротивлениях незначительны и их принимают 1-2% от потерь на трение.
Полные потери напора в трубопроводе
, (1.26)
где 
– геодезические отметки начала и конца трубопровода.
Число насосных станций nнс вдоль фиксированной трассы трубопровода определяется следующим образом:
nнс = Н/Нст, (1.27)
где Нст – напор, развиваемый одной насосной станцией,
Нст = p/ρtg, (1.28)
здесь р – рабочее давление в трубопроводе с толщиной стенки δ.
Определив гидравлический уклон по формуле (1.16) или (1.17), формулу (1.27) можно представить в виде
nнс = (z2 – z1 + 
)/Hст. (1.29)
Расчетное число насосных станций nнс, как правило, получается дробным и может быть округлено как в сторону большего числа 
, так и в сторону меньшего 
. При округлении числа станций в сторону увеличения изменяется Q. Увеличение расхода подсчитывается по формуле
(1.30)
При округлении числа станций в сторону уменьшения для обеспечения заданной пропускной способности Q предусматривают лупинг длиной 
(1.31)
В случае применения вставки большего диаметра существует аналогичная формула, в которой вместо и 
следует принимать χ вс и 
. Гидравлические уклоны и определяются по формулам (1.17) и (1.18).
Пример. По трубопроводу длиной L = 92 км и наружным диаметром Dн = 1020 мм перекачивается нефть плотностью 
t = 895 кг/м3 и вязкостью ν = 0,425 · 10-4 м2/с в количестве G = 52 млн т/год. Трубопровод работает 350 дней в году. Конечная точка выше начальной (
z = 20 м). Определить потери напора на трение и давление, развиваемое насосами, если давление в конце трассы должно быть не ниже рк = 0,2 Мпа. Подобрать насосы для перекачки нефти.
По сортаменту находим, что трубы Dн = 1020 мм имеют толщину стенки от 9,5 до 14,9 мм. Выбираем трубу, выпускаемую Новомосковским металлургическим заводом из стали 14Г2САФ с временным сопротивлением σ > 570 Мпа и, соответственно, расчетным сопротивлением стали R1 = 332,4 Мпа. Принимаем ориентировочную толщину стенки трубы δ = 10 мм, тогда внутренний диаметр трубопровода D вн = 1000 мм.
Находим секундный расход нефти и скорость движения нефти:
м3/с,
Находим Re по формуле (1.7)
Режим течения – турбулентный.
Вычисляем коэффициент гидравлического сопротивления по формуле (1.10)
λтр = 0,3164/575500,25 = 0,0204.
По формуле Дарси-Вейсбаха (1.6) вычисляем потери на трение
Принимаем потери напора на местные сопротивления в размере 2% от потерь на трение; тогда напор, требуемый на преодоление полных потерь по формуле (1.26):
Н = 1,02 
572,3 + 20 = 603,7 м.
По каталогу насос НМ 7000-210, который при подаче 7000 м3/ч развивает напор 210 м. Устанавливаем три насоса, работающих последовательно, что обеспечивает перекачку заданного количества нефти с некоторым запасом напора (210 3 = 630 м).
Давление, которое необходимо обеспечить насосами для перекачки по трубопроводу заданного количества нефти, определяем по формуле
Р н = ρtgH + pк = 895 9,81 603,7 + 200 000 = 5 500 000 Па = 5,5 МПа.
Так как согласование давлений р н и р к является необходимым условием нормальной эксплуатации трубопровода, можно считать, что р н = р к . Толщина стенки трубы при этом должна быть рассчитана по формуле (3.34)
Следовательно, выбранная толщина стенки трубы 10 мм при заданном расходе и рабочем давлении вполне обеспечивает прочность трубопровода.