Файл: Анализ условий и технологий эксплуатации магистральной нефтеперекачивающей станции Раскино.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.10.2023
Просмотров: 235
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Рисунок 1.1 – Типовая технологическая схема головной нефтеперекачивающей станции
Опишем станцию, которую рассматриваем в данном дипломном проекте.
Магистральная нефтеперекачивающая станция «Раскино» была построена в 1975 году. Расположена на 206 км трассы магистрального нефтепровода
«Александровское
–
Анжеро-Судженск».
Является промежуточной станцией участка трассы магистрального нефтепровода, но может работать в режиме головной, так как на территории станции расположены 2 РВС 20000. Насосный цех станции оснащен четырьмя магистральными нефтеперекачивающими насосами НМ 10000-210, что позволяет вести бесперебойную транспортировку нефти. За участком НПС
«Раскино» закреплено 143 км участка трассы магистрального нефтепровода
(с 116 по 259 км трассы «Александровское
–
Анжеро-Судженск).
Наиболее весомый вклад в изучение режимов работы, бесперебойной работы оборудования НПС был внесен выдающими учеными (Шаммазов
А.М, Гумеров А.Г, Гумеров Р.М, Акбердин А.С, Вайншток С.М, Коршак
А.А.) из отраслевых НИИ, НПО и ВУЗов – ВНИИГАЗ, ВНИИЭ, НИПТИЭМ,
РГУНГ им. Губкина и др.
2. Характеристика объектов исследования
2.1. Основные параметры работы магистральных насосов
Устройства, предназначенные для принудительного перемещения жидкости из линии всасывания насоса (сечение с меньшим напором) к линии нагнетания (сечение с большим значением напора), используя подводимую энергию извне (механическую и электрическую) называются насосами. В свою очередь собранные в один узел насос, двигатель и трансмиссия называют насосным агрегатом.
Основываясь на механизме передачи подводимой энергии из вне на поток жидкости, насосы классифицируют по принципу действия на две группы: динамические и объемные.
Под динамическим насосом подразумевается механизм, передающий силовое воздействие рабочего органа на жидкость в рабочей камере.
Динамические насосы классифицируются на:
Лопастные (центробежные, диагональные и осевые). Рабочим органом являются лопасти вращающего колеса;
Вихревые. Рабочим органом являются канавки рабочего колеса, с которых срываются вихри;
Струйные. Рабочим органом является подводимая извне струя жидкости, пара или газа с высокой кинетической энергией;
Вибрационные. Рабочим органом является клапан-поршень, передающий энергию жидкости через возвратно-поступательные движения;
Под объемными насосами подразумевается механизм, в котором жидкость принимает энергию для ее перемещения через взаимодействие с рабочим органом, изменяющего объем рабочей камеры с определенной периодичностью.
Объемные насосы классифицируются на:
Поршневые и плунжерные. Рабочими органами являются поршень и плунжер соответственно.
Роторные. Рабочим органом является шестерни или винтовые канавки, расположенные на внешней части вращающегося ротора.
Далее рассмотрим величины, называемыми основными энергетическими параметрами насоса.
Подача Q – это величина, характеризующая объем жидкости, проходящей через насос за единицу времени. В зависимости от требуемых условий расход имеет следующие размерности: л/с, м
3
/с, м
3
/ч.
Под приращением механической энергии жидкости, которая проходит через насос, подразумевают такую величину, как напор H.
???? =
????
2
−????
1
????????
+
????
2 2
−????
2 1
2????
+ ????
(2.1) где
????
1
, ????
2
– давление жидкости на линии всасывания и на линии нагнетания соответственно;
????
1
, ????
2
– скорость жидкости на линии всасывания и на линии нагнетания соответственно;
???? – плотность жидкости;
???? – вертикальное расстояние от точки замера ????
1
до точки замера
????
2
;
???? – ускорение свободного падения.
Под потребляемой мощностью насоса подразумевают величину, называемую мощность N. А мощность, которую насос сообщает перекачиваемой жидкости называют полезной мощностью насоса:
????
п
= ???? ∙ ???? = ???? ∙ ???? ∙ ???? ∙ ????
(2.2)
где
???? – давление, которое развивает насос.
В свою очередь, полезной мощностью насосного агрегата называют такую мощность, которая сообщается жидкости насосным агрегатом:
????
н
= ????
а
∙ ????
дв
∙ ????
пер
(2.3)
где
????
а
– мощность, которую потребляем насосный агрегат;
????
дв
, ????
пер
– коэффициенты полезного действия (КПД) двигателя привода и передачи от двигателя к насосу соответственно.
Отношением полезной мощности насоса к потребляемой называется коэффициентом полезного действия
????:
???? =
????∙????∙????∙????
????
=
????
п
????
(2.4)
Аналогично можем записать КПД насосного агрегата. Под этим определением подразумевают отношение полезной мощности насоса к мощности насосного агрегата:
????
а
=
????
п
????
а
(2.5)
Характеристикой кавитационных качеств насоса является кавитационный запас
∆ℎ. Физический смысл данной величины представим, как превышение удельной энергии на линии всасывания насоса над удельной энергией паров жидкости при температуре перекачки:
∆ℎ =
????
1
????????
+
????
2 1
2????
+
????
????
????????
(2.6) где
????
????
– давление насыщенных паров жидкости.
Геометрической высотой всасывания
ℎ
в насоса называют вертикальным расстоянием от уровня перекачиваемой жидкости в емкости до оси поворота лопастей вертикальных осевых насосов, до оси горизонтальных насосов, а также до оси напорного патрубка вертикальных центробежных насосов.
Под такой частотой вращения ротора, которая при расходе 0,075 м
3
/с образует напор в 1 м понимают такую величину, как удельная быстроходность, или коэффициент быстроходности насоса [4].
Из-за важных преимуществ, таких как надежность, малый размер и относительная простота эксплуатации, на многих производствах, в том числе и в нефтяной промышленности, используют лопастные насосы.
Классификация лопастных насосов связна с:
расположением вала. Различают горизонтальное и вертикальное расположение;
формой рабочего колеса. Форма рабочего колеса может быть трех видов: центробежная, осевая и диагональная;
числом рабочих колес. Насосы подразделяют на одноступенчатые и многоступенчатые;
родом перекачиваемой жидкости;
назначением;
напором. В зависимости от величины напора различают низконапорные насосы, у которых H <20 м, средненапорные – H = 20÷60 м и высоконапорные H >60 м.
В трубопроводном транспорте, где перекачиваемой жидкостью является нефть и нефтепродукты, высокое распространение приобрели центробежные одноступенчатые насосы с двусторонним входом жидкости к рабочему колесу [5].
20>
1 2 3 4 5 6 7 8 9
2.2 Принцип работы центробежных насосов
От патрубка, называемого всасывающим, перекачивающая жидкость продвигается в осевом направлении к центральной части рабочего колеса. В этом вращающемся колесе поток перекачиваемой жидкости меняет свое положение на 90°, а затем пропорционально оси вращения колеса распределяется по его каналам. Данный канал вращающегося колеса конструктивно образован стенками переднего и заднего дисков и рабочими лопастями, передающими жидкости энергию привода насоса, что влечет за собой увеличение давления и скорости жидкости. Направление движения общей массы перекачиваемой жидкости совпадает с направлением вращения рабочего колеса. Затем поток жидкости, выходящий из рабочего колеса под углом к касательной наружного диаметра, по спиральному отводу движется в конический диффузор, в котором кинетическая энергия перекачиваемой жидкости переходит в потенциальную [5].
Рисунок 2.1 – Принцип работы центробежного насоса.
1 – каналы вращающего колеса; 2 – рабочие лопасти; 3 – спиральный отвод; 4 – конический диффузор; 5 – стенки переднего и заднего диска соответственно
2.3 Основные центробежные насосы для магистральных
трубопроводов
Общие технические характеристики и их условия на насосы для трубопроводного транспорта регламентируются таким документом как ГОСТ
12124-87
«Насосы центробежные нефтяные для магистральных трубопроводов. Типы и основные параметры». В данном документе заданы размеры, параметры и технические требования как к основным насосам, так и к подпорным. В таблице 2.1 представлены насосы НМ, расположенные в порядке возрастания подачи, а именно от 1250 до 10000 м
3
/ч. Сами же основные насосы обозначаются комбинацией букв и цифр НМ 10000-210, что трактуется как «Насос магистральный имеющий номинальную подачу 10000 м
3
/ч, образуя напор 210 м.» [6, 7].
Таблица 2.1 – Основные параметры насосов
Параметры насосов
Подача, м
3
/ч
1250 2500 3600 7000 10000
Напор номинальный, м, не менее
260 230 230 210 210
Напор минимальный, м, не менее
200 185 175 145 180
Подача, м
3
/ч
Внешняя утечка через одно концевое уплотнение при испытании на номинальном режиме, м
3
/ч, не более
0,25
∙10
-3
Допускаемый кавитационный запас, м
18 32 35 52 65
Корректированный уровень звуковой мощности, дБА, не более
103 105 107 113 118
Температура опорных подшипников насосов, К(°C)
303-343 (30-70)
Частота вращения, с
-1
(об/мин), синхр.
50 (3000)
КПД, %
81 (82)
86
(88)
87 (88) 89 (90) 89 (90)
Мощность (
????=860 кг/м
3
), кВт
940
(929)
1567
(1531)
2230
(2205)
3871
(3828)
5530
(5498)
Масса, кг, не более
2810 3920 4490 6130 9800
Примечание:
1. Напор, допускаемый кавитационный запас и КПД указаны с кинематической вязкостью
???? = 1·10
-6
м
2
/с.
2. Допускаемое производственное отклонение напора – плюс 5% до минус
3% от номинального значения
3. В скобках указаны значения параметров насосов, которые могут быть достигнуты
В зависимости от подачи центробежные насосы в нефтяной промышленности различаются и конструкционно. К примеру, насосы с подачей до 1250 м
3
/ч являются многоступенчатыми и секционными, а насосы свыше – одноступенчатые, спиральные с двухсторонним входом. К тому же такие насосы в комплекте имеют от одного до трех сменных роторов,
предназначенные на подачи 0,5 Q
ном
, 0,7 Q
ном и 1,25 Q
ном
, где Q
ном
– это номинальная подача насоса.
Таблица 2.2 – Параметры насосов со сменными роторами
Типоразмер насоса
(Q – H)
Подача насосов со сменными роторами
Напор, м
Допускаемый кавитационный запас, м, не более
КПД, %, не менее
% от
Q
ном м
3
/ч
1250 – 260 70 120 900 1565 255 260 16 26 79 78 2500 – 230 50 70 125 1250 1800 3150 220 225 220 25 27 38 81 83 83 3600 – 230 50 70 125 1800 2500 4500 220 225 220 33 35 45 81 84 83 7000 – 210 50 70 125 3500 5000 8750 200 210 210 42 45 60 81 85 85 10000 – 210 50 70 125 5000 7000 12500 205 210 210 45 60 97 80 84 87
Примечание:
1. Напор, допускаемый кавитационный запас и КПД указаны с кинематической вязкостью
???? = 1·10
-6
м
2
/с.
2. Влияние вязкости нефти на КПД и напор насоса необходимо учитывать при
???? = 6·10
-6
м
2
/с.
3. Допускаемое производственное отклонение напора – плюс 5% до минус
3% от номинального значения
ном
, 0,7 Q
ном и 1,25 Q
ном
, где Q
ном
– это номинальная подача насоса.
Таблица 2.2 – Параметры насосов со сменными роторами
Типоразмер насоса
(Q – H)
Подача насосов со сменными роторами
Напор, м
Допускаемый кавитационный запас, м, не более
КПД, %, не менее
% от
Q
ном м
3
/ч
1250 – 260 70 120 900 1565 255 260 16 26 79 78 2500 – 230 50 70 125 1250 1800 3150 220 225 220 25 27 38 81 83 83 3600 – 230 50 70 125 1800 2500 4500 220 225 220 33 35 45 81 84 83 7000 – 210 50 70 125 3500 5000 8750 200 210 210 42 45 60 81 85 85 10000 – 210 50 70 125 5000 7000 12500 205 210 210 45 60 97 80 84 87
Примечание:
1. Напор, допускаемый кавитационный запас и КПД указаны с кинематической вязкостью
???? = 1·10
-6
м
2
/с.
2. Влияние вязкости нефти на КПД и напор насоса необходимо учитывать при
???? = 6·10
-6
м
2
/с.
3. Допускаемое производственное отклонение напора – плюс 5% до минус
3% от номинального значения
Максимально возможную частоту вращения насосов, равной 3000 об/мин и работающих на токе с частотой 50 Гц, обуславливают тем, что, увеличивая еще на большее значение частоту вращения вала, происходит увеличение скорости жидкости на входе в насос. Из-за этого увеличения скорости образуется кавитация, которая абсолютно не желательна в насосах.
Из этого следует, что все насосы, представленные выше, имеют частоту вращения в 3000 об/мин. На рисунке 2.2 представлен общий вид насосного агрегата с подачей Q > 1250 м
3
/ч [4].
Рисунок 2.2 – Насосный агрегат серии НМ с подачей Q > 1250 м
3
/ч
Далее рассмотрим конструкцию основного центробежного насоса для магистральных нефтепроводов, представленную на рисунке 2.3.
Рабочее колесо, которое является основным элементом насоса, насаживается на шпонку, скрепляясь с валом. В корпусе размещаются рабочее колесо и вал, а также там осуществляется подведение и отведение жидкости, которую перекачивает насос. Торцевые уплотнения служат для того, чтобы не допустить утечки в месте выхода вала из корпуса, а щелевые уплотнения – чтобы разделить область между собой области нагнетания и всасывания. В качестве основных подшипников применяются подшипники скольжения. Для того, чтобы обеспечить разгрузку ротора от осевых усилий, рабочее колесо исполняют с двухсторонним входом, а для разгрузки остаточных осевых напряжений применяют радиально-упорные
подшипники. В тоже время необходимо разгрузить от излишних нагрузок и торцевые уплотнения. С этой целью применяют трубы, которые соединены с камерами уплотнений, которые, в свою очередь, отделен от входной полости насоса так называемыми разделительными втулками. А с помощью уже других труб отводят утечки из камер сбора этих самых утечек. Для соединения насоса с двигателем осуществляется с помощью зубчатой муфты.
В нижней части корпуса располагаются приемный и напорный патрубки, которые располагаются в горизонтальной плоскости, но их направления противоположны.
Рисунок 2.3 – Схема основного магистрального насоса
1 – радиально упорный подшипник; 2 – вал; 3 – корпус; 4 – щелевые уплотнения; 5 – рабочее колесо; 6 – отвод перекачиваемой жидкости; 7 – подвод перекачиваемой жидкости; 8 – трубы; 9 – торцевые уплотнения; 10 – подшипник скольжения; 11 – зубчатая муфта
Для предотвращения кавитации на входе в насос необходимо обеспечить нужный напор. С этой целью применяют подпорные насосы [8].
В нижней части корпуса располагаются приемный и напорный патрубки, которые располагаются в горизонтальной плоскости, но их направления противоположны.
Рисунок 2.3 – Схема основного магистрального насоса
1 – радиально упорный подшипник; 2 – вал; 3 – корпус; 4 – щелевые уплотнения; 5 – рабочее колесо; 6 – отвод перекачиваемой жидкости; 7 – подвод перекачиваемой жидкости; 8 – трубы; 9 – торцевые уплотнения; 10 – подшипник скольжения; 11 – зубчатая муфта
Для предотвращения кавитации на входе в насос необходимо обеспечить нужный напор. С этой целью применяют подпорные насосы [8].