|
|
Процессы и аппараты нефтегазо- переработки. процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о
Глава III
Насосы и компрессоры
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НАСОСОВ
Для перемещения жидкостей по трубопроводам служат гидра влические машины — насосы. Подводимая от двигателя энергия преобразуется в насосе в энергию потока жидкости.
По виду рабочей камеры и сообщения ее с входом и выходом насоса различают объемные и динамические насосы. Жидкая среда объемных насосов перемещается в результате периодического изменения занимаемого ею объема камеры, попеременно сообща ющейся с входом и выходом насоса Жидкая среда динамических насосов перемещается под силовым воздействием на нее в камере насоса, которая постоянно сообщается с его входом и выходом.
К динамическим насосам относятся следующие основные типы: центробежные, осевые (пропеллерные), вихревые, струйные; к объ емным — поршневые и ротационные.
В поршневых насосах перемещение жидкости осуществляется поршнем, совершающим возвратно-поступательное движение. Поршневые насосы получили широкое распространение в XIX в., когда основными двигателями стали служить паровая машина или тихоходные двигатели внутреннего сгорания. В настоящее время поршневые насосы применяют для перекачивания неболь ших количеств жидкости, создания высокого давления, перемеще ния вязких жидкостей. Величина создаваемого давления ограни чивается механической прочностью деталей насоса.
В ротационных насосах жидкость вытесняется из замкнутой камеры в нагнетательный патрубок вращающимися зубьями шестерен, кулачками, винтами или радиалг ноперемещающимися пластинами. Насосы этого типа позволяют создавать давление порядка 10 МПа и более при относительно небольшой произ водительности.
С появлением быстроходных паровых турбин и особенно элек тродвигателей широкое распространение получили динамические насосы. По виду сил, действующих на жидкую среду, различают динамические насосы лопастные и трения.
В лопастных насосах, к которым относятся центробежные и осевые, жидкость перемещается от центра рабочего колеса к его периферии под действием центробежных сил, возникающих при силовом воздействии лопаток рабочего колеса на перекачиваемую жидкость.
В вихревых насосах жидкость перемещается по периферии рабочего колеса в тангенциальном направлении за счет главным образом сил трения, возникающих при вращении рабочего колеса. В осевых насосах повышение давления относительно невелико (до 0,15 МПа), но производительность достигает нескольких десятков кубических метров в секунду. Для невысоких и средних напоров применяют, как правило, центробежные насосы. В насто ящее время созданы центробежные насосы для давлений до 30 МПа.
Вихревые насосы получили наибольшее распространение в ста ционарных и передвижных установках мощностью до нескольких десятков киловатт для перекачки маловязких жидкостей, не со держащих абразивных примесей. Вихревые насосы могут при прочих равных условиях обеспечить большие напоры, чем центро бежные, однако к.п.д. их значительно ниже (в 1,7—3 раза), чем к.п.д. центробежных.
Струйные насосы используют кинетическую энергию потока жидкости для создания давления. Они имеют низкий ь.п.д.; их применяют обычно для перекачки небольших объемов.
В настоящее время технологические установки укомплекто ваны в основном центробежными насосами.
Технология переработки нефти и газа требует применения различных насосов, обеспечивающих соответствующие напоры и производительности при перекачке нефти, нефтепродуктов, сжиженных газов, кислот, щелочей и других продуктов. Темпе ратуры некоторых технологических потоков могут достигать 400 °С.
Нефтяные центробежные насосы объединены в нормальный ряд и позволяют удовлетворить потребности всех технологических процессов нефтегазопереработки. Насосы нормального ряда имеют следующую маркировку. Первая цифра в маркировке означает диаметр всасывающего патрубка, уменьшенный в 25 раз и округ ленный; буква Н — нефтяной (или «насос» для кислотных и щелоч ных насосов); Г — горячий; Д — первое колесо с двусторонним подводом жидкости; В — вертикальный; К — консольный; КЗ — консольный в одном блоке с электродвигателем; М — много ступенчатый. Первая цифра после букв означает коэффициент быстроходности, уменьшенный в 10 раз. Цифра в конце марки ровки после знака умножения соответствует числу ступеней, а стоящая за ней буква К —насос предназначен для перекачки кислот и щелочей, С —для сжиженных газов. Нефтяные центро бежные насосы принято классифицировать также по следующим признакам:
в зависимости от температуры перекачиваемой среды: на холодные —для температур до 220 °С (насосы типов Н, НК, НД) и горячие — для температур от 220 до 400 °С (насосы типов НГ, НГК, НГД);
по назначению: для перекачки нефти и нефтепродуктов, сжиженных углеводородных газов, а также кислот и щелочей.
На нефтеперерабатывающих установках применяют также цен тробежные многоступенчатые горячие насосы типа КВН (КВН-55-70; КВН-55-120 и КВН-55-180) с приводом от паровой турбины конденсационного типа. Большинство насосов нормаль ного ряда комплектуется с приводом на общей фундаментной плите. Валы насоса и привода соединяют муфтой. Валы насосов уплотняют, как обычными, сальниками с мягкой набивкой, так и торцовыми уплотнениями (особенно при перекачке сжиженных газов). При этом сальники нефтяных насосов снабжают системами масляного уплотнения и водяного охлаждения, что повышает надежность работы насоса и его герметичность.
На нефтегазоперерабатывающих заводах применяют также паровые прямодействующие и приводные поршневые насосы. Они предназначены для перекачки как холодных жидкостей с тем пературой до 100 °С, так и горячих с более высокой температурой. К первой группе относятся насосы НПС-1, ПНМ, БНП, В-2 и др.; ко второй — насосы СЛ-1М, СЛ-1МС, 1СП, НПН-3 и др. Штоки гидравлических цилиндров насосов для перекачки горячих нефте продуктов имеют охлаждаемые водой сальники;
в зависимости от величины создаваемого давления различают центробежные насссы низконапорные (одноступенчатые), средне напорные (одно- и многоступенчатые) и высоконапорные (много ступенчатые).
По величине подачи можно выделить насосы малой (до 100 м3/ч), средней (100—1000 м3/ч) и большой (свыше 1000 м3/ч) подачи.
ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ
Принцип действия центробежного насоса. Схема установки центробежного насоса приведена на рис. III-1. Центробежный насос состоит из рабочего колеса 5 с криволинейными лопатками 7, насаженного на вал 6. Вал приводится во вращение от электро двигателя или паровой турбины. Рабочее колесо вращается в не подвижном корпусе 4, рабочая спиральная камера которого имеет переменное сечение (улитку) и через задвижку 9 и обратный клапан 10 соединена с нагнетательным трубопроводом 11. Пос ледний присоединен к приемному резервуару.
При вращении рабочего колеса заполняющая его каналы жидкость перемещается от центра к периферии, поступает в спи ральную камеру и оттуда — в нагнетательный трубопровод. Вследствие эвакуации жидкости из каналов колеса в центральной части его создается вакуум. Под действием внешнего давления рх в заборном резервуаре жидкость поступает по всасывающему трубопроводу в насос. В результате этого во всей системе создаете я непрерывное движение жидкости.
Из рабочего колеса жидкость выходит с большой скоростью. Для преобразования скоростного напора в энергию давления вокруг рабочего колеса устанавливают направляющий аппарат 5. Направляющий аппарат неподвижно установлен в корпусе насоса и представляет собой кольцо, состоящее из двух дисков с напра вляющими лопатками. Скорость жидкости на выходе из направля ющего аппарата меньше, чем на входе, а давление, наоборот, больше.
Рис. ИМ. Схема установки центробежного насоса:
/ — заборный резервуар; II — приемный резервуар; В — вакуумметр; М — манометр;
/ — фильтр (сетка); 2 — обратный клапан на приеме насоса; 3 — всасывающий трубо провод; 4 — корпус насоса; 5 — рабочее колесо; 6 — вал; 7 — лопатка; 8 — направляю щий аппарат; 9 — задвижка; 10 — обратный клапан на нагнетающей лнннн насоса; // — нагнетательный трубопровод.
Для преобразования скоростного напора в энергию давления служит также конически расширяющийся патрубок (диффузор), устанавливаемый после спиральной камеры перед входом в на гнетательный трубопровод. По нагнетательному трубопроводу жидкость поступает в приемный резервуар. Поскольку центро бежный насос не может засасывать жидкость вследствие значи тельной разности плотностей жидкости и воздуха (паров), перед пуском всасывающий трубопровод и корпус насоса должны быть залиты жидкостью или в них создано разрежение специальным насосом.
Основное уравнение центробежного насоса. Рассмотрим дви жение жидкссти в каналах рабочего колеса (рис. П1-2). Будем считать, что все частицы жидкости движутся по одинаковым криволинейным траекториям, определяемым формой лопаток. Движение частиц жидкости в каналах колеса является сложным: они движутся вдоль лопаток с относительной скоростью w, напра вленной по касательной к соответствующему элементу лопатки, и вращаются вместе с колесом с переносной скоростью и, котораяравна окружной скорости вращения колеса на соответствующем радиусе. Результирующая (абсолютная) скорость жидкости в ко лесе с равна геометрической сумме этих двух скоростей.
С учетом обозначений на рис. II1-2 получим следующие зави симости между скоростями: на входе
—2clw1cosa1 (111,1)
на выходе
w| =--■ d + и\ — 2с2«2 cos с£2 (111,2)
Pi
Р£
_ , I Pz I С2 LJ
■ Z2+ Рй
(Ш,3)
Если не принимать во внимание потери напора в колесе, то уравнение Бернулли для входного и выходного сечений будет иметь вид
где Нт — энергия, полученная жидкостью от рабочего колеса и равная полному напору, развиваемому колесом.
В каналах рабочего колеса жидкость приобретает дополни тельную энергию //и, соответствующую работе центробежной
Pi , Щ_ Рg Г 2ё
Р 2
ре
+
2е
-н„
(111,4)
силы, т. е. для относительного движения уравнение Бернулли запишется так
Величину Яц можно найти из следующих соображений. Рас смотрим частицу жидкости массой т, вращающуюся с угловой скоростью о) на расстоянии г от оси вращения. Центробежная сила, действующая на эту частицу, составит
/ncoV
а ее работа на элементарном пути перемещения dr равна
dA = muflrdr
Полная работа на пути перемещения с окружности радиуса гх на входе на окружность радиуса г.г на выходе составит
гг
А = jmoVrfr = (л| —г\) = (и\ - и\)
г,
Отнеся эту работу к единице веса жидкости, получим
и _ А ц|
ц _ т 2 g '
*х +
Pi
Рё
К'5
(Ш,5)
Подставив это выражение Яц в уравнение (111,4), получим
Из уравнений (111,3) и (111,5) следует, что
|
|
|
Скачать 2.36 Mb.