2 Пособие по дисциплине. 3 введение современные технологии многих производств базируются на трубопроводном транспорте различных сред газообразных, жидких, сыпучих и тому подобных
 Скачать 5.31 Mb.
|
|
max , рассчитываемым по формулам т Q max = П Q, где Q - расчетная производительность станции, м 3 /ч; G - проектная производительность станции (нефтепровода, т/год; т - количество рабочих дней станции (нефтепровода) в году, определяемое по [15] в зависимости от диаметра и протяженности нефтепровода, и составляющее 345-357 дней р - плотность нефти при расчетной температуре, т/м 3 ; Q max - максимальная производительность станции нефтепроводам ч К П - коэффициент резерва пропускной способности магистральных нефтепроводов, определяемый по [19] в зависимости от назначения нефтепровода и составлявший 1,03-1,10. По рассчитанным значениями на основе нормального ряда [19, 28] подбирается конкретный типоразмер насоса таким образом, чтобы Q и Q max находились в его рабочей зоне. Если данному условию удовлетворяет несколько насосов, выбирается тот, который обеспечивает требуемые Q и Q max при большем кпд. и сменном роторе на меньшую подачу. Следующим этапом подбора насосов является определение потребного количества рабочих насосов станции. Количество рабочих насосов находится по формуле H H H / H n где Н – потребный напор станции, м 58 Н Н - напор, развиваемый одним насосом при работе его с подачей Q max м. Напор Н Н определяется по Q-H характеристике предварительно подобранного насоса, а напор Н находится входе технико-экономических расчетов по определению оптимальных параметров всей транспортной магистрали. Ориентировочно потребный напор станции может быть рассчитан по формуле h h g p P H H , где Р - оптимальное рабочее давление магистрального нефтепровода, приближенное значение которого дается в [15], нм Н - потери напора в коммуникациях НПС на стороне нагнетания, м h – подпор насосов станции, ориентировочно равный h qon предварительно подобранного типоразмера насосам. При дробных значениях расчетного количества рабочих насосов данные значения округляется в большую сторону, если при этом значение n H не увеличивается более, чем на 20% в противном случаев меньшую сторону, так как это позволит избежать обточки рабочих колес насосов на 10% и выше, что для насосов типа НМ не допускается из-за существенного понижения кпд. Округление n H в меньшую сторону, как правило, бывает нерациональным, так как приводит к существенному снижению напора НПС и увеличению числа станций на нефтепроводе. Поэтому при невыполнении ранее отмеченного условия по округлению n H в большую сторону желательно выбрать другой типоразмер насоса, также удовлетворяющий всем ранее отмеченным требованиям. Подобным образом выполняется предварительный подбор типоразмера насосов и определяется необходимое количество рабочих насосов на станции. Далее сделанный выбор уточняется серией проверочных расчетов. Предваряет их пересчет характеристики подобранного насоса своды на перекачиваемую нефть. Пересчет характеристик проводится по известным методикам для расчетной температуры нефти (см. предшествующую сноску. Подбор насосов для подпорных станций ГНПС осуществляется по подаче и напору. Основной критерий подбора - подача. Подача подпорного насоса должна равняться подаче предварительно выбранного основного насоса. При невозможности подбора насоса с нужней подачей допускается принимать подпорный насос на подачу, меньшую в два раза подачи основного насоса, и предусматривать в этом случае параллельное соединение насосов подпорной НС. Схема соединения насосов на подпорной станции имеет один вариант - параллельное соединение всех рабочих и резервных насосов. 59 Как следует из рассмотренного, количество рабочих насосов на подпорных станциях не рассчитывается. Число их может равняться от одного до двух - в зависимости от производительности. Количество резервных подпорных насосов принимается по [15] в размере одного насоса при числе рабочих до четырех. После предварительного подбора подпорных насосов их характеристики пересчитываются своды на нефть, затем проверяется правильность подбора как подпорных, таки основных насосов. Подпорные насосы выбраны правильно, если они подходят по развиваемому напору и по всасывающей способности, то есть если удовлетворяют следующим условиям O qon S П НП ВП П h h g p P z h h H ; (7.1) g p P h z h h S ВП В O П qon , (7.2) где Н П - напор, развиваемый одним подпорным насосом при подаче Q max , м h ВП и h НП - потери напора на трение и местные сопротивления во всасывающем и нагнетательном трубопроводах подпоркой НС при подаче Q max , м П - разность геодезических отметок конца нагнетательного трубопровода подпорной НС (входной патрубок первого основного насоса) и начала всасывающего трубопровода этой станции (патрубок самого удаленного от НС резервуарам, Р - давление насыщенных паров нефти при самой высокой температуре, нм - плотность нефти при самой высокой температуре перекачки кг/м 3 h qon - допустимый кавитационный запас по нефти основного насоса для подачи Q max , h O - минимальный напор вначале всасывающего трубопровода, соответствующий минимальному уровню взлива нефти в резервуаре, м h qon. п - допустимый кавитационный запас по нефти подпорного насоса для подачи Q max , м z B - разность геодезических отметок всасывающего патрубка подпорного насоса и патрубка самого удаленного от подпорной НС резервуарам. Невыполнение одного из неравенств (7.1) или (7.2) говорит о том, что подобранные насосы не отвечает своему назначению. В этом случае необходимо либо забрать другой типоразмер насоса, либо принять иное решение, позволяющее добиться выполнения указанных неравенств. Обычно проблема решается вторым путем. 60 Выполнение условий (7.1) и (7.2) для предварительно выбранного типоразмера насоса достигается изменением параметров коммуникаций, примыкающих к подпорной НС. Для этого - увеличивают диаметр трубопроводов на соответствующих участках коммуникаций (всасывающем или нагнетательном, либо на обоих, - пересматривают план технологических коммуникаций с целью уменьшения протяженности трубопроводов и количества местных сопротивлений - заглубляют подпорные насосные станции. Действенность перечисленных мер вытекает из (7.1) итак как все они приводят либо к уменьшению гидравлического сопротивления коммуникаций (первые два решения, либо к уменьшению разности геодезических отметок их крайних точек (последний вариант решений. Чаще всего не выполняется условие (7.2) Наиболее радикальными и практическими средствами получения неравенства (7.2) являются увеличение диаметров трубопроводов и заглубление подпорной НС. Необходимая величина заглубления может быть найдена из (7.2). Она соответствует z B , то есть O ВП П qon S 3 h h h g p P h , где h 3 = - В - требуемая величина заглубления подпорной Н, обеспечивающая подпорным насосам бескавитационный режим работы, м. Проверка правильности подбора насосов для основных НС выполняется с помощью неравенств (7.3) и (7.4), которые отражают условия сохранения прочности корпуса насоса и магистрального трубопровода. g p P h H n H H H ; (7.3) g p P h Т, (7.4) где Н - округленное до целого значение n H ; h - подпор насосов основной НС, м - для ГНПС ) z h h ( ) h H ( h П НП ВП O П ; (7.5) - для ПНПС qon S h g p P h ; Р Н - допустимое рабочее давление корпуса насоса (см. подраздел 5.2.1), Нм 61 РТ - рабочее давление магистрального нефтепровода, которое при ориентировочных расчетах можно принимать равным оптимальному рабочему давление нефтепровода, приводимому в [15], Нм h gn , H H , П, h НП , Н - соответствующие параметры (см. выше) при минимальной производительности НПС, примерно отвечающей левой границе рабочей зоны насосов, м. При невыполнении условий (7.3) и (7.4) добиваются их соблюдения за счет различных технических решений. Варианты данных решений следуют из анализа (7.3) и (7.4). Простейший анализ этих выражений показывает, что для получения требуемых неравенств необходимо уменьшить левые части (7.3) и (7.4) за счет снижения n H , H H и h и увеличения h H в (7.4). Увеличение Н явно нерационально, так как приводит к повышенному расходу энергии на перекачку. Уменьшение также недопустимо, так как станция в этом случае не будет создавать требуемый напор. Практически возможными вариантами остаются варианты уменьшения Н Н и h. Эти варианты могут реализовываться несколькими способами на основе применении известных методов регулирования режимов работы центробежных насосов. Из всех возможных на НПС методов регулирования наибольшей экономичностью в рассматриваемом случае отличается метод обточки рабочих колес насосов. Обычно прибегает к обточке рабочих колес подпорных насосов, так как в большинстве случаев подпорные насосы создают излишний напор, заметно превышавший требуемый подпор основных насосов. Необходимая степень обточки колес подпорных насосов находится в следующей последовательности. Из выражения (7.3) или (7.4), в зависимости оттого, какое неравенство требуется выполнить (или какое неравенство соблюдается в меньшей степени, определяется допустимое по условие прочности значение h. Затем по (7.5), решенным относительно Н П , находится требуемое после обточки колеса значение Н П . Далее по зависимости (7.6) рассчитывается потребный диаметр рабочего колеса подпорного насоса П 2 ) Q ( b H D D , (7.6) где D 2 - диаметр рабочего колеса насоса после обточки, м D 20 - диаметр рабочего колеса насоса до обточки, м Н П - требуемое значение напора насоса, полученное пом- минимальная производительность насоса, примерно соответствующая левой границе рабочей зоны основных насосов, мс и b o - эмпирические коэффициенты, численные значения которых определяются из системы уравнений (7.7) , Q b H ; Q b H 2 2 0 0 2 2 1 0 0 1 (7.7) где Q 1 и Q 2 - произвольные значения подачи в рабочей зоне характеристики насосам с Ни Н - напоры подпорного насоса, соответствующие подачами, м. Рассчитанные значения D 2 должны быть не ниже минимально допустимого значения диаметра рабочего колеса, указанного на комплексной характеристике подпорного насоса. При необходимости аналогичным образом рассчитывается обточка рабочих колес основных насосов. Для этого применяется зависимость (7.3) или (7.4) и комплексная характеристика основного насоса - по упомянутым зависимостям находится Н Н и подставляется в (7.6), где используются коэффициенты а о и b o , рассчитанные по (7.7) на основе Q-H характеристики основного насоса. При выполнении - расчетов необходимо иметь ввиду, что обточка рабочих колес допускается только для роторов на номинальную производительность, для сменных роторов пониженной подачи она не предусматривается. Если в окончательном варианте принимается обточка рабочего колеса подпорного насоса, то характеристика Q-H данного насоса обязательно пересчитывается на новое значение диаметра колеса и условия (7.1) и (7.2) проверяются вновь. Пересчет характеристик выполняется по формулам подобия (7.8) с помощью первоначальной Q-H характеристики насоса, на которой выбирается ряд точек и их координаты пересчитывается. 2 20 2 0 20 2 0 D D H H ; D D Q Q , (7.8) где Q * и Н - подача и напор насоса при обточенном диаметре колеса D 2 ; Q o и Н - подача и напор насоса при первоначальном необточенном диаметре колеса Подобным образом при необходимости пересчитывается и характеристики насосов основной НС. При любом варианте получения неравенств (7.3) и (7.4), связанным с обточкой рабочих колес основных насосов, проверяется соответствие 63 фактического напора станции после обточки колес (n H H H + h) с потребным напором станции Н. При ориентировочном рассмотрении вопроса, как отмечалось выше, К = (P/pg) + h H - h. Очевидно, что для обеспечения требуемых объемов перекачки нефти должно соблюдаться следующее соотношение между данными напорами: h h Отсюда следует H H H n h g p P H , (7.9) где Н Н - напор одного основного насоса при подаче Q max после обточки рабочего колесам. Если условие (7.9) соблюдается в виде равенства, то требуемые объемы перекачки обеспечивается в должной мере. На этом подбор основных насосов может быть завершен. Если условие (7.9) соблюдается в форме неравенства, то требуемый объем перекачки также будет обеспечиваться, нос некоторым превышением. В этом случае следует вновь обратиться к обточке рабочих колес основных насосов. Но лишь тогда, когда первоначальная обточка по условиям прочности насосов и трубопровода не привела к снижение диаметров колес отдельных насосов на 10%. При допустимости повторной обточки она рассчитывается зависимости (7.6), где вместо Н П подставляется (P/pg + h H )/n H им, а вместо Q / - Значение D 2 ив этом случае не должно быть ниже минимально допустимого диаметра колеса, указанного на характеристике насоса и соответствующего 0,9 D 2О Если результаты расчета обточки колеса показывает, что колесо должно быть уменьшено по отношению к его исходному состояние (до первоначальной обточки) более чем на 10%, то принимают одно из двух решений - либо отказываются от подобранного насоса и выбирают другой с повторением для него всех проверочных расчетов, либо окончательно принимают предварительно выбранный типоразмер насоса с предельно допустимой обточкой колеса - на 10%. Выбор того или иного решения зависит от степени превышения допустимого уровня обточки. При потребности в обточке на 11-12%. вполне можно склониться к принятию второго решения, поскольку расхождение расчетной цифры с допустимой невелико и находится в пределах погрешности технических расчетов. 64 Если по расчету требуется обточка в размере 13-15% и подбор другого типоразмера насоса вызывает трудности, то также можно остановиться на втором решении, так как некоторый избыток производительности НПС может быть компенсирован периодическим отключением отдельных насосных агрегатов. График отключения агрегатов при этом целесообразно совмещать с графиком плановых ремонтов и графиком вывода агрегатов в резерв. Такой подход позволит, с одной стороны, использовать экономичный метод регулирования, с другой – лишить его основного недостатка, состоящего в повышенном износе припусках и остановках. Последний возможный случай, связанный с условием (7.9) - невыполнение данного условия. В этой ситуации предлагается разобраться самостоятельно на основе ранее рассмотренных рассуждений. Расчеты по проверке правильности подбора насосов предпочтительно выполнять после расчета технологических коммуникаций НПС, когда известны численные значения всех величин, входящих в соответствующие зависимости. Завершает подбор насосов назначение количества резервных агрегатов для основной станции НПС. При расчетном числе рабочих агрегатов три и менее принимается один резервный насоса при числе рабочих от четырех до шести - два [15]. Двигатели для привода насосов магистральных нефтепроводов поставляются, как правило, комплектно с насосами и подбор двигателей в данном случае не производится. Однако выполняется проверка приемлемости комплектного двигателя к конкретным условиям работы НПС. Проверка проводится по требуемой мощности двигателя, которая рассчитывается по формуле q max H Q g p k N , где N - требуемая мощность двигателя, Вт k - коэффициент запаса мощности, принимаемый равным 1,15 для электродвигателей мощностью менее кВт и 1,10 - для электродвигателей большей мощности р - плотность жидкости при расчетной температуре перекачки, кг/м 3 ; Q max - максимальная производительность насоса, определяемая по формуле, приведенной вначале раздела 7, мс q - коэффициент полезного действия двигателя. H и - напор (в метрах) и кпд. насоса, определяемые для производительности Q max по комплексной 65 характеристике агрегата, пересчитанной своды на нефть. При самостоятельном комплектовании насосно-силового агрегата приводным двигателем подбор электродвигателя осуществляется не только по мощности, но и по частоте вращения его ротора, которая должна равняться или быть весьма близкой к номинальной частоте вращения вала подобранного насоса. Если частота вращения вала двигателя отличается от аналогичного параметра для насоса, характеристики насоса подлежат пересчету на частоту вращения вала двигателя. В этом случае проверка правильности подбора насосов должна быть повторена. При комплектовании агрегата приводным двигателем важно правильно выбрать серию двигателя. Основные характеристики возможных серий двигателей для магистральных насосов приведены в разделах 5.2.1 и 5. 3. 8. ФОРМИРОВАНИЕ ВОЛН ДАВЛЕНИЯ НЕФТЕПЕРЕКАЧИВАЮЩИМИ СТАНЦИЯМИ НЕФТЕПРОВОДОВ Используемые на магистральных нефтепроводах насосы оказывают на поток перекачиваемой нефти существенное энергетическое воздействие. При изменении режима работы насосов или НС в целом упорядоченность данного воздействия нарушается, что приводит к флуктуациям давления и скорости потока в различных его сечениях. В большинстве случаев это сопровождается интенсивными опасным ростом давления в потоке, сопоставимым по своему воздействие на трубопроводы и оборудование с ударом. Поэтому явление резкого и скоротечного повышения давления в потоке жидкости называется гидравлическим ударом. Гидравлический удар вызывается в основном неустановившимся течением жидкости. Причинами такого течения в нефтепроводном транспорте могут быть резкое прикрытие задвижек, резкое срабатывание регулирующих устройств на выходе станций, остановка и пуск одного или нескольких насосных агрегатов на перекачивавших станциях и т.д. Во всех отмеченных случаях в точке возмущения потока наблюдается изменение давления. Наиболее выражено оно приостановках агрегатов, когда всего за несколько секунд давление на входе насосов поднимается на 1,5-2,0 МПа. Столь интенсивный рост давления несет в себе опасность нарушения герметичности трубопроводов и технологического оборудования. Опасность рассмотренных последствий неустановившегося течения жидкости вызывает необходимость прогноза изменений давления в транспортных магистралях при различных видах возмущения потоков. |