Файл: Программа Эксплуатация и обслуживание объектов транспорта и хранения нефти, газа и продуктов переработки.pdf

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ФГБОУ ВО «ВГТУ»)
ФАКУЛЬТЕТ МАШИНОСТРОЕНИЯ И АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ
Кафедра нефтегазового оборудования и транспортировки
Направление: 21.03.01 «Нефтегазовое дело»
Бакалаврская программа: «Эксплуатация и обслуживание объектов транспорта и хранения нефти, газа и продуктов переработки»
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ
КУРС ЛЕКЦИЙ
Воронеж 2020

2
Лекция № 1
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ
И ЕГО ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
Нефть, газ и продукты их переработки относятся к классу энергоносителей, а также являются исходным сырьем для химической промышленности. Для их транс- портировки от мест добычи до конечных потребителей широкое распространение получили магистральные трубопроводы.
В связи с тем, что перекачиваемые по трубопроводам жидкости и газы обла- дают массой и вязкостью, т.е. способностью оказывать сопротивление при своем перемещении, в процессе их транспортировки необходимо использовать специаль- ные энергетические системы для повышения давления нефти и газа в исходных точ- ках магистрального трубопровода до величин, определяемых только прочностью труб и оборудования. Такие системы устанавливают соответственно на нефтепере- качивающих станциях (насосные агрегаты различной конструкции) и компрессор- ных станциях (компрессорные агрегаты).
Еще на этапе проектирования насосного и компрессорного энергетического оборудования в обязательном порядке разрабатывают методику его испытаний, проводят определение показателей и критериев оценки результатов, выбирают ис- пытательную аппаратуру, производят проектирование и создание специального ис- пытательного оборудования.
Испытания (в соответствии с ГОСТ 6134-2007 «Насосы динамические. Мето- ды испытаний», ГОСТ 20440-75 «Установки газотурбинные. Методы испытаний»,
ГОСТ Р 52782-2007 «Установки газотурбинные. Методы испытаний. Приемочные испытания») - это экспериментальное определение количественных и (или) качест- венных свойств объекта испытаний как результата воздействия на него при его функционировании.
Решение о принятии серийных образцов энергетического оборудования в экс- плуатацию на НПС и КС принимают только при наличии удовлетворительных ре- зультатов после прохождения цикла лабораторных (стендовых) испытаний. При этом основная задача этапа эксплуатации состоит в достижении целей создания системы, что обеспечивается поддержанием ее параметров на уровне, определенном техниче- ской документацией. В ходе эксплуатации энергетического оборудования проводятся эксплуатационные испытания, которые служат базовой основой для реализации наи- более эффективных форм обслуживания агрегатов по их фактическому состоянию.
1.1. Основные сведения о насосах и насосных агрегатах
Насосом называется гидравлическая машина, в которой подводимая извне энергия (тепловая, электрическая, механическая) преобразуется в энергию потока жидкости.
Насосным агрегатом называют насос, двигатель и устройство для передачи мощности от двигателя к насосу, собранные в единый узел.
В основу классификации по принципу действия положены различия между насосами в механизме передачи подводимой извне энергии потоку жидкости, проте-

3 кающей через них. По принципу действия насосы можно условно разделить на две группы: динамические и объемные.
В динамических насосах жидкость приобретает энергию в результате силового воздействия на нее рабочего органа в рабочей камере. К этой группе относят сле- дующие насосы:
- лопастные(центробежные, диагональные и осевые), в которых постоянное силовое воздействие на протекающую через насос жидкость оказывают обтекаемые ею лопасти вращающегося рабочего колеса;
- вихревые,в которых постоянное силовое воздействие на протекающую через на- сос жидкость оказывают вихри, срывающиеся с канавок вращающегося рабочего колеса;
- струйные, в которых постоянное силовое воздействие на протекающую через насос жидкость оказывает подводимая извне струя жидкости, пара или газа, обла- дающая высокой кинетической энергией;
- вибрационные, в которых силовое воздействие на протекающую через насос жидкость оказывает клапан-поршень, совершающий высокочастотное возвратно- поступательное движение.
В объемных насосах жидкость приобретает энергию в результате воздействия на нее рабочего органа, периодически изменяющего объем рабочей камеры. К этой группе относят:
- поршневыеи плунжерные, в которых периодическое силовое воздействие на протекающую через насос жидкость оказывают поршень или плунжер (длина его цилиндрической части много больше его диаметра), совершающие возвратно- по- ступательное движение в рабочей камере;
- роторные (в т.ч., лопастные), в которых периодическое силовое воздействие на протекающую через насос жидкость оказывают поверхности шестерен или вин- товых канавок, расположенных на периферии вращающегося ротора.
Благодаря высокой экономичности, надежности, удобству в эксплуатации, ма- лым габаритным размерам лопастные насосы нашли широкое применение в различ- ных отраслях промышленности, том числе и в нефтяной. Классифицируют их по раз- личным признакам: характеру движения жидкости в проточной части насоса, конст- рукции, назначению и т.д.
Лопастные насосы подразделяют:
- по форме рабочего колеса - на центробежные, диагональные и осевые;
- по расположению вала насоса - на горизонтальные и наклонные;
- по числу рабочих колес - на одноступенчатые и многоступенчатые;
- по напору - на низконапорные (Н < 20 м), средненапорные (Н = 20-60 м) и вы- соконапорные (Н > 60 м);
- по роду перекачиваемой жидкости и назначению.
В нефтяной промышленности, в том числе и в транспорте нефти и нефтепро- дуктов, наиболее широкое распространение получили насосы центробежные, одно- ступенчатые с двусторонним входом жидкости к рабочему колесу.
1.2. Основное и обслуживающее насосное оборудование НПС
Основным энергетическим оборудованием насосных цехов НПС являются, как правило, электроприводные магистральные нефтяные и подпорные насосы серий

4
НМ, МНН, НД, НМП и НПВ. Подпорные насосы применяют для обеспечения необ- ходимого напора на входе основных насосов.
Для принудительной подачи смазки в опорные узлы основного насосно- силового оборудования перекачивающих станций используют объемные шестерен- ные насосы серии Ш (РЗ).
Для системы охлаждения уплотнений и подшипников основных насосов, под- шипников промежуточного вала, маслоохладителя, подшипников и воздухоохладите- ля электродвигателя используют преимущественно водяные консольные одноступен- чатые насосы, а также вихревые самовсасывающие насосы типов ЦВС, ВСМ.
Для откачки утечек нефти и нефтепродуктов через концевые уплотнения вала насоса и линии разгрузки концевых уплотнений используют центробежные насосы
4НК-5х1 и 6НК-9х1, многоступенчатые центробежные насосы ЦНСН-60-330 и другие высоконапорные насосы.
Более подробное изучение конструктивных схем, параметров и принципа дей- ствия основных и вспомогательных насосов НПС предусмотрено на практических занятиях.
1.3. Методы определения и контроля показателей и характеристик
магистральных и подпорных нефтяных насосов
В процессе жизненного цикла к магистральным и подпорным нефтяным насо- сам предъявляют не только требования к их конструкции, изготовлению, правилам приемки, методам контроля, транспортированию и хранению, но и к их параметрам, которые устанавливают по результатам различного рода испытаний, отражаемых в технической документации на насосы.
Согласно ГОСТ 6134-2007 «Насосы динамические. Методы испытаний» для динамических насосов регламентированы следующие методы определения и кон- троля показателей и характеристик:
1) показатели назначения:
- подача,
- напор,
- частота вращения;
2) показатели эффективности и конструктивные:
- допускаемый кавитационный запас,
- коэффициент полезного действия (КПД),
- высота самовсасывания,
- внешняя утечка,
- масса;
3) показатели эргономические:
- вибрация, шум;
4) показатели надежности:
- наработка на отказ,
- ресурс;
5) характеристики:
- напорная,
- энергетическая,

5
- кавитационная,
- вибрационная,
- шумовая,
- самовсасывания;
6) показатели безопасности:
- механическая;
- термическая;
- электрическая.
При испытании насосных агрегатов, у которых узлы приводящего двигателя входят в конструкцию насоса, все показатели и характеристики, перечисленные вы- ше, определяют для агрегата в целом.
При испытании насосных агрегатов, у которых узлы приводящего двигателя не входят в конструкцию насоса, характеристики: напорная энергетическая, кавита- ционная и самовсасывания и показатели: назначения, эффективности и внешнюю утечку определяют только для насоса, входящего в агрегат. Характеристики: вибра- ционная и шумовая и показатели: эргономические, надежности и масса определяют для агрегата в целом.
Центробежные насосы магистральных трубопроводов предназначены для пе- рекачки нефти и нефтепродуктов с температурой от минус 10 °С до плюс 80 °С, ки- нематической вязкостью не более
4 10 0
,
3


м
2
/с и содержанием примесей, не более:
- объемная доля серы в несвободном состоянии – 3,5 %;
- объемная доля парафина – 7,0 %;
- объемная доля механических примесей – 0,06 %;
- максимальный линейный размер механических примесей твердостью до 7 по шкале Мооса, мм – 4.
Испытания проводят на испытательных стендах или в технологических лини- ях у потребителя. В первом случае, испытания проводят при перекачивании воды, имеющей следующие характеристики:
- температура, °С, не более 50;
- вязкость кинематическая, м
2
/с, не более
6 10 75
,
1


;
- плотность, кг/м
3
, не более 1100;
- концентрация взвешенных частиц, кг/м
3
, не более 2,5.
Содержание растворенных веществ, ионов хлора, водорода и т.п. в данном слу- чае не ограничивают. Допускается проводить испытания на специальных средах (на- турная среда, консервационная жидкость и т.п.), отвечающих приведенным выше ха- рактеристикам.
Некоторые термины и соответствующие им определения для магистральных нефтяных насосов, приведенные в ГОСТ Р 53675-2009 «Насосы нефтяные для маги- стральных трубопроводов. Общие требования», изложены ниже:
- Напор насоса, Н - разность удельных механических энергий жидкости на вы- ходе из насоса и на входе в него.
- Предельное давление насоса - наибольшее давление на выходе из насоса, на которое рассчитана его конструкция.
- Подача насоса, Q - объем подаваемой жидкости в единицу времени.

6
- Номинальная частота вращения вала насоса,
НОМ
n
- частота вращения вала насоса, соответствующая номинальному режиму работы насоса.
- Коэффициент полезного действия насоса,

- отношение полезной мощности к мощности насоса.
- Допустимый кавитационный запас насоса,
ДОП
h

- минимальный кавитаци- онный запас, обеспечивающий работу насоса без снижения напора.
- Коэффициент быстроходности насоса,
S
n
- величина, определяемая для но- минального режима насоса зависимостью:
75
,
0 5
,
0
/
65
,
3
H
Q
n
n
НОМ
S



, где
НОМ
n
- номинальная частота вращения вала насоса, об/мин;
Q - подача насоса (Q/2- для колеса двустороннего входа), м
3
/с;
Н - напор насоса, м.
- Поле насоса - рекомендуемая область применения насоса по подаче и напо- ру, получаемая изменением частоты вращения или обточкой рабочего колеса по внешнему диаметру.
- Номинальный режим насоса - режим работы насоса, обеспечивающий уста- новленные технические показатели.
- Рабочая характеристика насоса - зона характеристики насоса, в пределах ко- торой рекомендуется его эксплуатация.

7
Лекция № 2
МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ
ОБЪЕМНЫХ НАСОСОВ
2.1. Методы и средства проведения измерений (ГОСТ 17335-79)
Частоту вращения или циклов определяют одним из следующих способов:
- тахометром или строботахометром;
- автоматическим счетным устройством числа оборотов вала;
- посредством замера частоты тока и напряжения сети;
- измерением времени 60-120 двойных ходов рабочих органов секундомером
(в случае, если число двойных ходов не более двух в секунду).
Давление должно измеряться на расстоянии от насоса не более шести диамет- ров отводящего (подводящего) трубопровода или в местах, предусмотренных на на- сосе. Соединительные линии между местами отбора давления и приборами должны быть полностью заполнены жидкостью. Для снижения колебаний стрелки при изме- рении давления перед прибором допускается устанавливать гаситель пульсаций.
Колебание стрелки прибора не должно выходить за пределы трех делений шкалы.
Манометр для измерения давления на выходе должен быть выбран так, чтобы при номинальном режиме показания находились в средней трети шкалы, а максимально возможное давление на выходе не превышало пределов измерения манометра.
Подачу насоса измеряют объемным способом или суживающим устройством на выходе из насоса после мест отбора жидкости, идущей на охлаждение, промывку и его смазку. Измерение подачи объемным способом должно проводиться при по- мощи отградуированного мерного бака, время заполнения которого определяют се- кундомером или отсчетным устройством. Размеры мерного бака и расстояние между отсчетными уровнями должны быть выбраны так, чтобы время замера составляло не менее 20 с. При градуировке мерного бака предельная погрешность мерной емкости не должна быть более 0,5 %.
Мощность или крутящий момент на валу (с одновременным измерением час- тоты вращения) следует измерять одним из указанных ниже способов: а) при стендовых испытаниях:
- балансирным электродвигателем;
- измерением потребляемой мощности электродвигателя; б) при подконтрольной эксплуатации – измерением потребляемой мощности штатного электродвигателя торсиометром на приводном валу.
При измерении крутящего момента при помощи балансирного электродвига- теля усилие на плече двигателя должно измеряться рычажными или ленточными ве- сами с относительной предельной погрешностью не более 0,5 %. При измерении усилия ленточными весами, которые имеют значительное перемещение, передача усилия на весы должна осуществляться металлической лентой или стальным троси- ком, прилегающим к цилиндрической поверхности концентрической оси вращения.
При этом центр тяжести балансирного электродвигателя должен быть выведен на ось вращения. Длину плеч и рычагов при таких измерениях следует определять с погрешностью не более 0,1 %. При измерении мощности балансирным электродви-

8 гателем следует учитывать вентиляционный момент. Его следует определять при работе двигателя без нагрузки. При этом разницу в частоте вращения электродвига- теля под нагрузкой и на холостом ходу не учитывают. При определении мощности насоса посредством измерения потребляемой электрической мощности следует учи- тывать КПД электродвигателя.
Электрические параметры следует измерять электроприборами по ГОСТ
22261, имеющими классы точности: не ниже 0,5 – при предварительных, приемоч- ных, периодических и типовых испытаниях; и не ниже 1,6 – при испытаниях на на- дежность. Трансформаторы тока и напряжения при напряжении до 500 В должны иметь класс точности не ниже 0,2, а при напряжении свыше 500 В – не ниже 1,0.
Для определения плотности, вязкости и упругости паров жидкости следует изме- рять температуру жидкости, подаваемую в насос, и применять справочные таблицы или графики.
Температуру жидкости следует определять в подводящем трубопроводе (или баке). Измерительную часть термометра или датчика температуры следует полно- стью поместить либо непосредственно в жидкость, либо в металлический тонко- стенный цилиндр, омываемый снаружи жидкостью и заполненный внутри глицери- ном или минеральным маслом, или медными опилками при температуре жидкости свыше 423 К (150 °С). Измерение температуры жидкости следует проводить термо- метром с ценой деления не более 2 °С, а элементов насоса - датчиками температуры или термометрами с погрешностью не более 5 °С.
Подачу воздуха самовсасывающим насосом следует измерять перед дросселем при атмосферных условиях одним из следующих средств:
- газовым счетчиком класса точности не ниже 4,0 и секундомером;
- диафрагмой и микроманометром, измеряющим перепад давления по диа- фрагме;
- газовым ротаметром по ГОСТ 13045.
Внешнюю утечку через уплотнение следует определять на номинальном ре- жиме работы насоса в течение 5 мин (не менее). Измерение утечек следует прово- дить отградуированной емкостью с предельной погрешностью не более 2 %. Конст- рукция насосов должна иметь сливное отверстие для отвода утечек.
2.2. Регистрация параметров объемных насосов в процессе испытаний
Испытания, при которых получают или проверяют физические параметры и характеристики, следует проводить на стендах при частоте вращения или парамет- рах энергетического питания, отличающихся от номинальных не более чем на 10 %.
Изменение температуры жидкости во время снятия характеристик не должно быть более 10 °С при испытаниях на воде и 4 °С – на испытаниях на масле.
При определении характеристик насоса установление зависимости подачи, мощности и КПД насоса следует проводить одновременно. При каждом режиме должны быть измерены и записаны следующие величины:
- частота вращения или циклов;
- подача или время заполнения объема мерного бака;
- давление на входе;