практические нгпо. Оформление Кр. Нефтегазопромысловое оборудование

• Название: Нефтегазопромысловое оборудование
• Анкор: практические нгпо
• Дата: 05.01.2023
• Размер: 48.34 Kb.
• Имя файла: Оформление Кр.docx
• Тип: Контрольная работа; #873543

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Саратовский государственный технический университет

имени Гагарина Ю.А.»

Институт Урбанистики, архитектуры и строительства

Кафедра «Теплогазоснабжение и нефтегазовое дело»

Направление: 21.03.01 Нефтегазовое дело

Профиль: Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

(заочная форма обучения)

Контрольная работа по дисциплине:

«Нефтегазопромысловое оборудование»

Выполнил: студент 5 курса,

группы б1-НФГДз-51

______________/ФИОполностью

номер зачетной книжки: 171234

Принял: к.т.н., доцент кафедры ТНД

______________/Попов И.Н.

______________

«____»____________2022г.

Саратов 2022

ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет

имени Гагарина Ю.А.»

Институт урбанистики, архитектуры и строительства

Кафедра «Теплогазоснабжение и нефтегазовое дело»
Задание к контрольной работе

по дисциплине «Нефтегазопромысловое оборудование»

направления подготовки 21.03.01 Нефтегазовое дело

программы «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»

студенту: ФИО

5 курса, группы б1-НФГДз-51,

форма обучения заочная

Вариант № 1

1 РАССМАТРИВАЕМЫЕ ТЕМЫ:

1. 
   Определение производительности насоса
   
2. 
   Определение мощности двигателя центробежного компрессора
   
3. 
   Определение основных параметров центробежного насоса
   
4. 
   Определение хода плунжера штангового насоса
   

2 СОДЕРЖАНИЕ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Введение

1. 
   Расчет производительности насоса
   

1. 
   Определение действительной подачи насоса
   

2. 
   Расчет мощности двигателя центробежного компрессора
   

2.1 Определение полезной мощности насоса

2.2 Определение коэффициента полезного действия насоса

3. 
   Расчет основных параметров центробежного насоса
   

1. 
   Определение напора, подачи и мощности насоса после изменения частоты вращения
   
2. 
   Определение напора, подачи и мощности насоса после изменения диаметра рабочего колеса
   

4. 
   Расчёт хода плунжера штангового насоса
   

4.1 Определение реальной длины хода плунжера

Список использованных источников
Дата выдачи задания «___» ______ 20__ г.

Задание к исполнению принял

студент группы б1-НФГДз-51 _______________ И.О.Ф.

подпись

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..3

1. 
   РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ НАСОСА ……………………………4
   

1. 
   Определение действительной подачи насоса ……………………………4
   

2. 
   РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА…………………………………………………………………0
   

2.1 Определение полезной мощности насоса………………………………..0

2.2 Определение коэффициента полезного действия насоса….……………0

3. 
   РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА…0
   

1. 
   Определение напора, подачи и мощности насоса после изменения частоты вращения………………………………………………………………..0
   
2. 
   Определение напора, подачи и мощности насоса после изменения диаметра рабочего колеса ……………………………………………………0
   

4. 
   РАСЧЁТ ХОДА ПЛУНЖЕРА ШТАНГОВОГО НАСОСА ………………..0
   

4.1 Определение реальной длины хода плунжера…………………………..0

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………………0

ВВЕДЕНИЕ
В результате выполнения контрольной работы ставятся задачи изучения основ применения нефтепромыслового оборудования при разработке месторождений. Ознакомиться с принципами работы различного нефтепромыслового оборудования, научиться определять параметры оборудования. Сформировать представления об эффективности применения новых технологических процессов разработки месторождений. Таким образом, основные задачи курса сводятся к изучению классификации, принципов устройства и особенностям применения нефтепромыслового оборудования.

Эффективность, безопасность, надежность и экономичность работы оборудования промысловых систем нефти и газа во многом определяется совершенством и правильностью выбора оборудования и приборов, своевременностью и качеством проведения пуско-наладочных работ, обслуживания и ремонта, квалификацией и степенью подготовленности эксплуатационного персонала.

1. 
   РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ НАСОСА
   

1. 
   Определение действительной подачи насоса
   

Насос – это гидравлическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии двигателя, приводящего насос в действие, в механическую энергию перекачиваемой жидкости.

По принципу действия, насосы подразделяются на гидродинамические (турбонасосы) и гид- ростатические (объемные).

К объемным насосам относятся: поршневые, плунжерные, диафрагменные, шестеренчатые.

В поршневом насосе, перекачивающем жидкость, происходит поочередное заполнение жидкостью рабочих камер и ее вытеснение в результате соответственно увеличения или уменьшения их объема.

Задача Одноцилиндровый насос двойного действия имеет поршень диаметром D = 160 мм, шток диаметром d = 60 мм, длину хода поршня s = 0,5 м, частоту двойных ходов n = 1,5с^-1, коэффициент подачи α = 94%. Определить действительную подачу насоса.

Решение

Находим площадь поршня

F = πD² / 4 = 3,14 * (0,16)² / 4 = 0,020 м².
Так как насос двойного действия находим площадь поперечного сечения штока

f = πd² / 4 = 3,14 * (0,06)² / 4 = 0,003 м².
Теоретическая подача насоса будет равна

Q_T = (2F - f) sn = (2 * 0,020 – 0,003) * 0,5 * 1,5 = 0,028 м³/с.
Действительная подача насоса

Q = α Q_T = 0,94 * 0,028 = 0,026 м³/с.
Ответ: Действительная подача одноцилиндровый насос двойного действия составила Q = 0,026 м³/с.

2. 
   РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА
   

Полезная мощность лопастного насоса равна

N_п = HgρQ,

где Н и Q соответственно действительные напор и подача лопастного насоса.

Мощность, потребляемая лопастным насосом, включает потери мощности в насосе и зависит, в частности, от к.п.д. насоса ή

N = N_п/ η = HgρQ/ η.

Потери мощности в лопастном насосе слагаются из механических потерь, потерь на дисковое трение, объемных и гидравлических потерь.

Таким образом, к.п.д. лопастного насоса равен произведению четырех к.п.д., соответствующих указанным потерям,

η = η _м* η _д* η _о* η _г.

Механические потери мощности происходят в местах трения – в опорах (радиальных и осевых), у ступиц рабочих колес, в уплотнениях насоса и зависят от, конкретной конструкции, типоразмера и качества изготовления узла, в котором происходит трение. Механический к.п.д. лопастных насосов изменяется в пределах от 0,90 до 0,98.

Потери мощности на дисковое трение зависят от величины зазора между диском рабочего колеса и направляющим аппаратом, от шероховатости поверхностей, от температуpы перекачиваемой жидкости. Дисковый к.п.д. лопастных насосов изменяется в пределах от 0,85 до 0,95.

Объемные потери мощности обусловлены утечками через уплотнения рабочего колеса, в уплотнениях вала насоса, в разгрузочной пяте и т.д. Объемный к.п.д. лопастных нaсосов изменяется в пределах от 0,85 до 0,98.

Гидравлические потери мощности происходят в результате преодоления сопротивлений в подводе, рабочем колесе и отводе при движении жидкости через насос. Гидравлический к.п.д. лопастных насосов изменяется в пределах от 0,70 до 0,95.

К.п.д. лопастных насосов, с учетом рассмотренных выше механического, дискового, объемного и гидравлического к.п.д., изменяются в пределах от 0,45 до 0,86. максимальное значение к.п.д. достигает 0,89 у наиболее мощных нефтяных центробежных магистральных насосов.

2.1 Определение полезной мощности насоса
Задача: Определить полезную (гидравлическую) мощность насоса если подача насоса Q = 180 м³/ч, напор Н = 60 м, плотность перекачиваемой жидкости ρ = 820 кг/м³.

Решение

Для определения полезной (гидравлической) мощности лопастного насоса пользуются формулой

N_п = HgρQ,

где Н и Q соответственно действительные напор и подача лопастного насоса, в отличие от их теоретических значений.

N_п = 60*820*10*0,05 = 24600 Вт = 24,6 кВт.

Ответ: полезная (гидравлическая) мощность насоса равна N_п = 24,6 кВт

2.2 Определение коэффициента полезного действия насоса
Задача: Определить к.п.д. насоса если подача насоса Q = 1800 м³/ч, напор Н = 25 м, плотность перекачиваемой жидкости ρ = 960 кг/м³, мощность на валу насоса N = 250 кВт.
Решение

Полезная (гидравлическая) мощность лопастного насоса равна

N_п = HgρQ,
N_п = 25*10*960*0,5 = 120000 Вт = 120 кВт

Мощность, потребляемая лопастным насосом, включает потери мощности в насосе и зависит, от к.п.д. насоса η

N = N_п/ η = HgρQ/η;

Отсюда к.п.д. насоса будет равен

η = N_п / N

η = 120 / 240 = 0,5
Ответ: к.п.д. насоса равен η = 0,5

3. 
   РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
   

При изменении частоты вращения вала лопастного насоса характеристика насоса может быть построена с использованием критериев подобия. Учитывая, что геометрические параметры насоса постоянны и преобразуя зависимости: коэффициент расхода, коэффициент напора, коэффициент мощности, можно получить формулы для определения технических показателей насоса при изменении частоты вращения вала.

К.п.д. у подобных насосов, при небольшом изменении частоты вращения вала насоса, равны. При большом изменении частоты вращения вала насоса, к.п.д. насоса также меняется.

Подача и напор лопастного насоса, как было показано выше, зависят от внешнего диаметра рабочего колеса D₂. Поэтому для получения необходимых технических показателей насоса в практике применяется обточка рабочих колес по внешнему диаметру. Уменьшение внешнего диаметра рабочего колеса ограничивается величиной к.п.д. насоса. При большом уменьшении диаметра колеса к.п.д. насоса также уменьшается.

1. 
   Определение напора, подачи и мощности насоса после изменения частоты вращения
   

Задача: Определить напор, подачу и мощность насоса после изменения частоты вращения вала если частота вращения n₁ = 40 с^-1, частота вращения измененная n₂ = 46 с^-1, подача насоса Q₁ = 180 м³/ч, напор насоса Н₁ = 60 м, мощность насоса N₁ = 30 кВт.

Решение

Подачу, напор и мощность при новой частоте вращения вала можно определить из формул:

Q_l/Q₂ = n₁/n₂

Н₁/Н₂ = (n₁/n₂)²

N₁/N₂ = (n₁/n₂)³

Подача насоса после изменения частоты вращения будет равна

Q₂ = (Q_l *n₂) / n₁ = (180*46) / 40 = 207 м³/ч.

Напор насоса после изменения частоты вращения будет равен


2

1
Н₂ = (Н₁* n ²) / n ² = (60*46²) / 40² = 79,35 м.

Мощность насоса после изменения будет равна


2

1
N₂ = (N₁*n ³)/ n ³ = (30* 46³)/ 40³ = 45,6 кВт

Ответ: Подача насоса после изменения частоты вращения будет равна Q₂ = 207 м³/ч, напор насоса после изменения частоты вращения будет равен Н₂ = 79,35 м, мощность насоса после изменения будет равна N₂ = 45,6 кВт.

2. 
   Определение напора, подачи и мощности насоса после изменения диаметра рабочего колеса
   

Задача: Определить напор и подачу насоса после изменения диаметра рабочего колеса на выходе диаметр рабочего колеса на выходе D_2.1 = 460 мм, диаметр рабочего колеса после изменения D_2.2 = 450 мм, подача насоса Q₁ = 1800 м³/ч, напор насоса Н₁ = 25 м

Решение

Формулы для определения технических показателей насоса при изменении внешнего диаметра рабочего колеса

^Q_l^/Q₂ ^{= D}_2.1 ^{/ D}2.2

Н₁/Н₂ = (D_2.1 / D_2.2)²

Подача насоса после изменения внешнего диаметра рабочего колеса

Q₂ = (Q_l * D_2.2) / D_2.1 = (1800*450) / 460 = 1761 м³/ч.

Напор насоса после изменения внешнего диаметра рабочего колеса

Н₂ = (Н₁* D_2.2²) / D_2.1 ² = (25*450²) / 460² = 24 м.

Ответ: Подача насоса после изменения внешнего диаметра рабочего колеса Q₂ = 1761 м³/ч, напор насоса после изменения внешнего диаметра рабочего колеса Н₂ = 24 м.

4. 
   РАСЧЁТ ХОДА ПЛУНЖЕРА ШТАНГОВОГО НАСОСА
   

Деформация колонны штанг и труб при работе насоса приводит к уменьшению коэффициента его подачи, так как реальный ход плунжера меньше длины точки подвеса штанг. Фактическая длина хода плунжера может быть определена либо замером изношенной части цилиндра после подъема насоса на поверхность, либо расчетным путем.

При расчетном определении реального хода плунжера относительно цилиндра необходимо учитывать, что и тот и другой и соединены с наземной частью установки посредством -упругих элементов - штанг и труб.

Для определения величины упругих деформаций штанг и труб динамическими нагрузками, которые по сравнению со статическими очень малы, можно пренебречь.

Рассмотрим фазы работы насоса.

1. 
   В момент начала движения, при ходе колонны штанг вверх, всасывающий клапан закрывается. В результате чего нагрузка от веса столба жидкости Р_ж, находящегося над плунжером, перестает действовать на трубы и перераспределяется на штанги. При этом штанги начинают растягиваться, а плунжер начнет двигаться только тогда, когда верхняя точка штанг переместится на величину деформации λ_шт под действием силы Р_ж. Согласно закону Гука
   

_λшт = Р_ж L / E_шт F_шт

где L – глубина подвески насоса (соответствует длине штанг);

Е_шт – модуль упругости материала штанг;

F_шт – площадь поперечного сечения штанг.

При этом НКТ сократятся, так как нагрузка, действовавшая на них будет снята.

Длина штанг и труб будет постоянной до тех пор, пока точка подвеса штанг не достигнет крайнего верхнего положения и не начнет перемещаться вниз.

2. 
   При ходе штанг вниз нагнетательный клапан откроется, всасывающий закроется и усилие Р_ж будет приложено к нижней части труб. В результате штанги сократятся на величину λ_шт, а трубы удлинятся на величину
   

λ_тр = Р_ж L / E_тр F_тр

где E_тр и F_тр – модуль упругости и площадь поперечного сечения труб соответственно.

При движении плунжера вниз длина штанг и труб будет постоянной до тех пор, пока штанги и плунжер не остановятся, и не начнется ход вверх. Всасывающий клапан при этом откроется, нагнетательный закроется, вследствие чего трубы сократятся на величину λ_тр, штанги удлинятся на λ_шт, т.е. повторится описанный цикл.

Таким образом, деформация штанг и труб уменьшает длину хода плунжера, относительно цилиндра по сравнению с длиной хода точки подвеса штанг на величину λ_шт + λ_тр как при ходе вверх, так и при ходе вниз.
4.1 Определение реальной длины хода плунжера
Задача: Рассчитать реальную длину хода плунжера (S_р, м) штангового глубинного насоса при следующих условиях: глубина спуска оборудования L м, длина хода точки подвески штанг S м, диаметр насосных штанг d_шт мм, условный диаметр насосно-компрессорных труб D_тр мм, плотность жидкости ρ_ж кг/м³, модуль Юнга Е = 2,1*10⁵ МПа.

Решение:

Для определения вес столба жидкости Р_ж, находящегося над плунжером, необходимо определить условную площадь плунжера

_Fпл = π* D_тр2/4
Определим вес столба жидкости Р_ж, находящегося над плунжером

Р_ж = ρ_ж g F_пл L

Для определения величины упругой деформации штанг, необходимо определить площадь поперечного сечения штанг

F_шт = πd_шт²/4

Определим величину упругой деформации штанг

λ_шт = Р_ж L / (E_шт F_шт)

Для определения величины упругой деформации труб, необходимо определить площадь поперечного сечения труб

F_тр = (D_тр.н² – D_тр.в²)/4

Определим величину упругой деформации труб

_λтр = Р_ж L / (E_тр F_тр)

Реальная длина хода плунжера будет равна

S_p = S – (λ_шт + λ_тр)
Ответ: реальная длина хода плунжера S_p = …. м.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате самостоятельной работы и выполнения контрольной работы по дисциплине изучены основы применения нефтепромыслового оборудования при разработке месторождений. Ознакомиться с принципами работы различного нефтепромыслового оборудования, научиться определять параметры оборудования.

При выполнении работы детально и углубленно рассмотрены следующие вопросы: определение производительности насоса; определение мощности двигателя центробежного компрессора; определение основных параметров центробежного насоса; определение хода плунжера штангового насоса.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. 
   Иваняков, С. В. Физико-математические методы расчета нефтегазового оборудования : практикум / С. В. Иваняков. — Самара : Самарский государственный технический университет, ЭБС АСВ, 2018. — 60 c. — Текст : электронный // Электронно-библиотечная система IPR BOOKS : [сайт]. — URL: https://www.iprbookshop.ru/91804.html
   
2. 
   Сорокин, В. Н. Ремонт и техническое обслуживание навесного оборудования транспортных и технологических машин нефтегазовой отрасли
   

: учебное пособие / В. Н. Сорокин, М. В. Силков. — Омск : Омский государственный технический университет, 2017. — 60 c. — ISBN 978-5- 8149-2491-9. — Текст : электронный // Электронно-библиотечная система IPR BOOKS : [сайт]. — URL: https://www.iprbookshop.ru/78465.html

3. 
   Храменков, В. Г. Совершенствование процесса бурения и бурового оборудования: автоматизация управления технологическими процессами бурения нефтегазовых скважин : учебное пособие для СПО / В. Г. Храменков. — Саратов : Профобразование, 2019. — 410 c. — ISBN 978-5- 4488-0029-0. — Текст : электронный // Электронно-библиотечная система IPR BOOKS : [сайт]. — URL: https://www.iprbookshop.ru/83118.html
   
4. 
   Щипачев, А. М. Технологическое обеспечение надежности нефтегазового оборудования : учебное пособие / А. М. Щипачев, Г. Х. Самигуллин. — Санкт-Петербург : Лань, 2019. — 68 с. — ISBN 978-5-8114- 3413-8. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/112684