УМКД ГНП. УМКД, НПС, МиО ГНП , Kovalenko_2005_1. Учебнометодический комплекс для студентов специальности 170 05 01 Проектирование, сооружение и эксплуатация
 Скачать 6.46 Mb.
|
|
Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования Полоцкий государственный университет МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС для студентов специальности 1-70 05 01 Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ” В двух частях ЧАСТЬ 1 Составители П.В. Коваленко, НМ. Рябыш Под общей редакцией П.В. Коваленко е издание, переработанное Новополоцк 2005 УДК 621.64 (075.8) ББК 39.7 я М 38 РЕЦЕНЗЕНТЫ В.И. Дроботов, начальник отдела эксплуатации НРУПТН Дружба АИ. Вегера, канд. техн. наук, ст. преподаватель М.Е. Хорун, ст. преподаватель Рекомендован к изданию методической комиссией технологического факультета М 38 Машины и оборудование газонефтепроводов: Учеб.-метод. комплекс для студ. спец. 1-70 05 01. В х ч. Ч. 1 / Сост. П.В. Коваленко, НМ. Рябыш; Под общ. ред. П.В. Коваленко. – е изд. перераб. – Новополоцк: ПГУ, 2005. – 288 с. ISBN 985-418-146-4 (Ч. 1) ISBN 985-418-327-0 Приведены темы изучаемого курса, их объем в часах лекционных и практических занятий, изложены теоретические и практические основы дисциплины Машины и оборудование газонефтепроводов”. Представлены задания для лабораторных работ, вопросы к экзамену, курсовая работа для студентов очной формы обучения. Предназначен для преподавателей и студентов технических вузов и специалистов. УДК 621.64 (075.8) ББК 39.7 я ISBN 985-418-146-4 (Ч. 1) ISBN 985-418-327-0 © Коваленко П.В., Рябыш НМ, сост, 2004 © Коваленко П.В., Рябыш НМ, с изменениями, 2005 ©УО “ПГУ”, 2005 Модуль 0 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДИСЦИПЛИНЕ МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ” Цель преподавания дисциплины. Перспективы развития нефтяной и газовой промышленности республики имеют принципиальное значение как для перестройки отрасли, таки промышленности в целом. Выход из кризисного состояния, в котором оказалась нефтяная промышленность, большие потери нефти и газа в процессе добычи, транспортировки и хранения, повышение эффективности их использования возможно путём модернизации основного и вспомогательного оборудования насосных и компрессорных станций, внедрение прогрессивных технологий перекачки, оснащенной современными системами автоматики машин и аппаратов. Изучение такой комплексной дисциплины, как Машины и оборудование газонефтепроводов” позволит готовить инженеров для последующей практической деятельности в области проектирования и эксплуатации насосных и компрессорных станций как важной составной части систем магистрального транспорта нефти, газа и нефтепродуктов. Задачи изучения дисциплины. Курс Машины и оборудование газонефтепроводов” является базовым по отношению к специальным курсам, которые изучаются в следующих семестрах. Изучение принципов функционирования насосов и компрессоров, вспомогательного оборудования перекачивающих станций, правильный выбор оптимального режима работы насосов и перекачивающих станций в целом – вот основной перечень вопросов, которые рассматриваются в данном курсе. Кроме перечисленного выше, студент должен знать структуру и основные характеристики нефтегазоперекачивающих агрегатов технические и экономические характеристики электроприводов нагнетательных машин характеристики трубопроводной арматуры, которая устанавливается на нефте- и газоперекачивающих станциях параметры, которые измеряются и контролируются на станциях вместе с системой контролирующих приборов. По окончании курса студент должен уметь − рассчитывать режимы нагнетателей и станций в целом с использованием ЭВМ − рассчитывать основные параметры насосного, компрессорного, силового и вспомогательного оборудования − выбирать оптимальные способы регулирования нагнетателей и перекачивающих станций − использовать разные виды графиков перекачивающих нагнетателей. Модуль 1 НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ Введение Насосная – сооружение нефтеперекачивающей станции (НПС), в котором устанавливается основное (магистральные, подпорные насосы, электродвигатели) и вспомогательное (системы смазки, охлаждения, подачи топлива, контроля и защиты) оборудование. По исполнению насосные могут быть – на открытой площадке – в капитальном помещении – в блочном и блочно-модульном исполнении. Насосные в капитальном помещении, в блочном и блочно- модульном исполнении оборудуются также системами водоснабжения, теплоснабжения, вентиляции и канализации. Основное оборудование и вспомогательные системы НПС должны эксплуатироваться в соответствии с требованиями технологического регламента, производственных инструкций, инструкций по эксплуатации оборудования и систем, разработанных с учетом требований нормативных документов. Узлы, детали, приспособления и элементы оборудования, которые могут служить источником опасности для работающих, а также поверхности оградительных и защитных устройств должны быть окрашены в красный, желтый, синий и зеленый сигнальные цвета, которые имеют следующее смысловое значение 1. Красный – запрещение, непосредственная опасность, обозначение пожарной техники 2. Желтый – предупреждение, возможная опасность 3. Синий – предписание, знаки пожарной безопасности, информация 4. Зеленый безопасность, знак Выходить здесь. Насосные агрегаты и вспомогательное оборудование, установленные на НПС, должны иметь нумерацию в соответствии с технологической схемой. Помещение насосной должно содержаться в чистоте. В здании насосной запрещается складирование и хранение материалов, оборудования. На грузоподъемных механизмах должны быть нанесены регистрационные номера, дата следующего технического освидетельствования игру- зоподъемность. Эксплуатация оборудования и контрольно-измерительных приборов должна осуществляться в соответствии с инструкциями по эксплуатации. Насосные станции (НС, как и любой объект производственного назначения, состоят из определенного типа функциональных блоков, предназначенных для выполнения основных и вспомогательных технологических процессов. Основные технологические процессы на НС – повышение давления перекачиваемых продуктов – выполняются в технологических компрессорных и насосных установках – элемент Т в функциональном блоке Т. Для нормальной работы этого элемента в блоке Т имеется энергетический привод Э – первичный двигатель (турбина или поршневой двигатель внутреннего сгорания) или электродвигатель, питающийся от внешней электрической системы. В технологическом блоке Т имеется устройство для отвода тепла (охлаждения двигателей и смазочного масла) – элемент Си устройство для специальной подготовки перекачиваемого продукта (например, осушки и одоризации газа на головной компрессорной станции (КС) – элемент Р. Все эти устройства управляются средствами автоматики (АТ, АЭ, АС, АР, имеющимися в функциональном блоке автоматического управления (АУ. Для ремонта оборудования в составе объектов НС входит блок ре- монтообеспечения Р с необходимым набором средств и складами материалов и запасных деталей. Обслуживание НС осуществляет эксплуатационный персонал, в состав которого входят операторы и ремонтники. Функциональный блок жизнеобеспечения Ж включает в себя жилье для эксплуатационного персонала НС и объекты культурно-бытового назначения. Нормальную работу КС и НС обеспечивают функциональные блоки источников ИТ и ИРЖ (в ряде случаев могут быть слиты в один блок. Они предназначены для выполнения всех вспомогательных (обслуживающих) технологических операций на КС и НС энергосбережения освещения, вентиляции помещений и площадок, водо- и теплоснабжения, канализации, пожаротушения, связи, обеспечения топливом первичных двигателей функционального блока Т и блока Ж, обеспечения горюче- смазочными материалами (ГСМ) всех агрегатов и установок (склады. Все функциональные блоки изготовляются в виде зданий и сооружений. В зависимости от назначения КС и НС и их технического уровня функциональные блоки могут выполнять и другие функции, однако общий их состав остается неизменным. Для изучения материала использовать основную (1, 3) и дополнительную) литературу. 1. Схема изучения материала Тема занятия Тип занятия Вид (форма) занятия Количество часов 1. Классификация нефтеперекачивающих станций и характеристика основных объектов. Размещение промежуточных насосных станций. Изучение нового материала Лекция 2 2. Генеральный план нефтеперекачивающих станций. Технологические схемы нефтеперекачивающих станций. Изучение нового материала Лекция 2 3. Изучение технологических схем действующих головных и промежуточных насосных станций. Углубление и систематизация учебного материала Практическое занятие 1 4. Насосные станции. Предварительный контроль Практическое занятие 1 2. Основы научно-теоретических знаний по модулю Насосные станции 2.1. Классификация нефтеперекачивающих станций и характеристика основных объектов Нефтеперекачивающие (насосные) станции подразделяются наго- ловные (ГНПС) и промежуточные (ПНПС). Головная нефтеперекачивающая станция предназначена для приема нефти с установок ее подготовки на промысле или из других источников и для последующей закачки нефти в магистральный трубопровод. Промежуточные станции обеспечивают поддержание в трубопроводе напора, достаточного для дальнейшей перекачки. Объекты, входящие в состав ГНПС и ПНПС, можно условно разделить на две группы – первая – объекты основного (технологического) назначения – вторая – объекты вспомогательного и подсобно-хозяйственного назначения. К объектам первой группы относятся резервуарный парк подпорная насосная станция узел учета нефти с фильтрами магистральная насосная узел регулирования давления и узлы с предохранительными устройствами камеры пуска и приема очистных устройств технологические трубопроводы с запорной арматурой. К объектам второй группы относятся понижающая электроподстанция с распределительными устройствами комплекс сооружений, обеспечивающих водоснабжение станции комплекс сооружений по отводу промышленных и бытовых стоков котельная с тепловыми сетями инженерно- лабораторный корпус пожарное депо узел связи механические мастерские мастерские ремонта и наладки контрольно-измерительных приборов КИП гараж складские помещения административно-хозяйственный блоки т. д. На головных нефтеперекачивающих станциях осуществляются следующие технологические операции прием и учет нефти краткосрочное хранение нефти в резервуарах внутристанционная перекачка нефти (из резервуара в резервуар закачка нефти в магистральный нефтепровод пуск в трубопровод очистных и диагностических устройств. На ГНПС может производится подкачка нефти из других источников поступления, например, из других нефтепроводов. На промежуточных нефтеперекачивающих станциях происходит повышение напора транспортируемой нефти с целью обеспечения ее дальнейшей перекачки. При работе ПНПС в режиме из насосав насос (те. режиме, при котором конец предыдущего участка нефтепровода подключен непосредственно к линии всасывания насосов следующей НПС) промежуточные НПС не имеют резервуарных парков. В других случаях, когда перекачка ведется через резервуары или с подключенными резервуарами такие парки на ПНПС имеются. На ПНПС устанавливаются также системы сглаживания волн давления и защиты от гидравлического удара. Как правило, магистральные нефтепроводы разбивают на так называемые эксплуатационные участки протяженностью 400 – 600 км, состоящие из 3 – 5 частей, разделенных ПНПС, работающих в режиме из насосав насос, и, следовательно, гидравлически связаны друг с другом. В тоже время эксплуатационные участки соединяются друг с другом через резервуарные парки, так что в течение некоторого времени каждый эксплуатационный участок может вести перекачку независимо от соседних участков, используя для этого запас нефти своих резервуаров. Для снижения затратна сооружение НПС используется метод блоч- но-комплексного или блочно-модульного их исполнения. Главное преимущество этого метода достигается тем, что на территории станции практически отсутствуют сооружения из кирпича, бетона или железобетона. Все оборудование станции, включая автоматику, входит в состав функциональных блоков, монтируется и испытывается на заводе, затем в транспортабельном виде доставляется на строительную площадку. При этом блочно-модульные НПС могут быть открытого типа, те. насосные агрегаты вместе со всеми вспомогательными системами могут размещаться под навесом на открытом воздухе. От воздействия погодных условий насосные агрегаты защищаются индивидуальными металлическими кожухами с автономными системами вентиляции и подогрева. Такие станции работают при температуре окружающего воздуха от –40 до +50 о С. При капитальном ремонте предусматривается замена всего блок-бокса в сборе. 2.2. Размещение промежуточных насосных станций Места расположения насосных станций определяют гидравлическим расчетом. Здесь мы не будем подробно останавливаться на вопросах гидравлического расчета, рассмотрим лишь основные закономерности, используемые при определении мест установки НС. При перекачке нефти и нефтепродукта давление, создаваемое на ГНС или НС, расходуется на преодоление сил трения при движении продукта по трубопроводу. В соответствии с этим уравнение баланса удельных энергий можно представить в виде ст = Т + z 2 – z 1 (1.1) где n – число насосных станций Н ст = (Р Р) / ρ – напор, создаваемый на одной станции ρ – плотность перекачиваемой жидкости Р – давление на выходе из НС Р – давление на входе в НС z 1 , z 2 – геодезическая отметка соответственно начала и конца нефтепровода Т – потери напора в трубопроводе. 9 Н ст ст МВ А Общее число насосных станций n определяют по формуле (1.1). Обычно расчетное значение n p оказывается нецелым числом. Поэтому за n принимают ближайшее кр число, а пропускную способность нефтепровода на отдельных участках выравнивают с помощью лупингов – параллельных трубопроводов определенного диаметра и длины, размещаемых вне- обходимом месте по длине трубопровода. Покажем на примере (рис. 1.1), как решается графически задача расстановки НС по методу Шухова. Пусть n > n p . Отложив изначальной точки А по вертикали линию соединим прямую точку Мс конечной точкой трассы В AM = n (Р – Р) / ρ Рис. 1.1. Графическое решение задачи расстановки НС Разделив затем AM на n участков, равных по длине значению напора, создаваемого одной НС, проводим через соответствующие точки на AM прямые, параллельные М. Точки пересечения этих прямых с линией профиля местности будут местами установки промежуточных насосных станций. Несколько сложнее решается задача при n р > n, когда n станций не обеспечивают необходимой пропускной способности трубопровода, так как гидравлический уклон i, определенный по формуле I = (ст – (z 2 – z 1 )) / L (1.2) здесь L – длина трубопровода) будет меньше необходимого. В этом случае строят так называемый параллелограмм гидравлических уклонов (рис. 1.2). Рис 1.2. Графическое решение задачи расстановки НПС при р > n На участке В необходима прокладка лупинга. Следует заметить, лу- пинг может быть установлен на любом участке нефтепровода, не только в его концевой части. Можно сделать даже несколько лупингов, но общая длина их горизонтальной проекции должна быть равна длине горизонтальной проекции лупинга В. 2.3. Генеральный план нефтеперекачивающих станций Генеральный план НПС разрабатывают согласно заданию на проектирование в соответствии с технологической схемой нефтепровода, атак- же с учетом всего комплекса условий местности рельефа, ее геологических и гидрологических особенностей, климатических и метеорологических условий и т.п. Генеральный план должен содержать комплексное решение планировки и благоустройства территории, размещение зданий и сооружений НПС, транспортных и инженерных коммуникаций. Генеральный план НПС разрабатывается в соответствии с существующими нормами проектирования. Генеральный план НПС представляет собой чертеж (рис. 1.3.), изображающий расположение зданий и сооружений НПС на территории, отведенной под строительство. Правильное решение генерального плана снижает стоимость сооружения станции, способствует улучшению и удешевлению ее эксплуатации, а также повышению пожарной и экологической безопасности объектов. А М H ст ст Лупинг b 1 b h B Рис. 1.3. Генеральный план НПС 1 – проходная 2 – административный корпус 3 – котельная 4 – гараж 5 – ремонтная мастерская резервуары с топливом РВС 1000; 7 – подземные железобетонные резервуары с водой V = 1000 м 8 – водонасосная; 9 – склады 10 – электрическая подстанция 11 – пожарное депо 12 – площадка регулирующих устройств 13 – основная насосная 14 – площадка с предохранителями 15 – площадка фильтров 16 – узел учета 17 – подпорная насосная площадка очистных устройств 19 – резервуары для нефтепродуктов РВС 20000. Площадку под сооружение НПС выбирают с учетом выполнения некоторых обязательных требований – рельеф местности должен быть пологим с явно выраженным уклоном для удобства самотечного отвода поверхностных вод – грунты на площадке должны обладать довольно высокой несущей способностью – геологические условия района должны допускать возведение всех сооружений станции без создания искусственных оснований – грунты на площадке должны быть сухими с возможно более глубоким уровнем грунтовых вод. Не допускается сооружение НПС на заболоченных и заливных участках, участках подверженным оползневыми карстовым явлениям, а также в зонах санитарной охраны источников водоснабжения. При размещении станций у рек или водоемов высотные отметки площадок должны быть не менее чем нам выше расчетного горизонта высоких вод за расчетный горизонт воды принимают наивысший ее уровень залет. Нефтеперекачивающие станции, сооружаемые вблизи рек, размещают ниже ближайших населенных пунктов. При выборе площадки для сооружения НПС следует учитывать возможное расширение станции. При разработке генерального плана НПС обеспечивают наиболее рациональное размещение зданий и сооружений станции, а также благоприятные и безопасные условия труда ее работников. Для этого – здания административно-хозяйственного назначения располагаются со стороны наиболее интенсивного движения автотранспорта – здания и сооружения с производствами повышенной пожарной опасности, в том числе котельную, располагают с подветренной стороны к другим зданиям – здания вспомогательного производства размещают по соседству с основными зданиями и сооружениями – здания бытовых помещений располагают ближе к проходной энергообъекты приближают к основным потребителям, чтобы уменьшить протяженность тепло -, газо- и паропроводов и линий электропередач – открытые подстанции размещают на самостоятельных участках – производственные объекты с большой нагрузкой на грунт (например, резервуарные парки) размещают на участках с однородными хорошо сцементированными грунтами, способными обеспечивать устойчивость фундаментов. При размещении и сооружении НПС учитывают стороны света и преобладающее направление ветров. Длинные стороны градирен (устройств для воздушного охлаждения циркуляционной воды) располагают перпендикулярно к преобладающему направлению ветров. Места для забора наружного воздуха системами приточной вентиляции выбирают в зонных наименьшего его загрязнения. Для станций с территорией более 5 га предусматриваю не менее двух выездов, включая резервный. Проезды на территории НПС должны обеспечивать свободное движение в обоих направлениях, а также легкий подъезд пожарных машин к каждому зданию. Расстояние от края проезжей части до стены здания должно быть не болеем. Генеральные планы НПС разрабатываются в соответствии с действующими СНиПами: “Генпланы промышленных предприятий, Планировка и застройка населенных мест. Нормы проектирования, Производственные здания промышленных предприятий. Нормы проектирования, Противопожарные требования и т. д. Большое значение имеет унификация генеральных планов с применением зонирования объектов, те. разделением площади застройки станции на производственную и служебно- вспомогательную зоны. В производственной зоне располагают объекты, непосредственно связанные с перекачкой нефти (насосные, резервуарные парки в служебно-вспомогательной – объекты обслуживания НПС (ад- министративно-хозяйственный блок, блок-боксы водоснабжения, пожаротушения, склады и т. д) Топографической основой для составления генерального плана НПС являются ситуационный планрайона расположения площадки, выполненный в масштабе Мили М 1:50000 , на который нанесены окрестные объекты (дороги, ручьи и реки, промышленные предприятия, сельскохозяйственные угодья и т.п.), а также топографический план площадки НПС. С помощью ситуационного плана транспортные и технологические магистрали увязывают с соответствующими технологическими коммуникациями района. С помощью топографического плана увязывается размещение основных и вспомогательных объектов НПС с рельефом и природными особенностями местности. Для облегчения размещения отдельных объектов на топографический план площадки наносят розу ветров”и координатную сетку со сторонами х или хм, которая должна быть увязана с существующей топографической сетью страны. Линии сетки обозначают в горизонтальном направлении буквой А, в вертикальном – буквой Б. Перед буквами записываю расстояние в метрах, кратное шагу сетки до начала координат (за начало координат принимается существующая реперная точка. Сетка служит основой для разбивки на местности всех зданий и сооружений (разбивкой называют закрепление на местности положения каждого здания или сооружения. Горизонтальная разбивка определяет расположение здания в плане, вертикальная – высотные параметры. На генеральном плане должны быть указаны габаритные размеры и координаты углов зданий и сооружений. Здания привязываются по двум противоположным углам объекты цилиндрической формы – по центру (рис. 1.3.). Генеральный план НПС выполняется в масштабе Мили М 1:5000. |