вариант 1. Задача для самостоятельного решения нпс короткого нефтепровода оснащена одним подпорным насосом и 3мя основными насосами, работающими в режиме последовательного соединения
 Скачать 0.52 Mb.
|
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ № 4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕСПОМПАЖНОЙ РАБОТЫ НАГНЕТАТЕЛЕЙ КСЗадача для самостоятельного решения: Компрессорная станция оснащена тремя нагнетателями, соединенными параллельно. Каждый нагнетатель работает с частотой вращения ротора n и объемной производительностью Q. По приведенной характеристике нагнетателя определить, в каком режиме работают нагнетатели – помпажном или беспомпажном. Если нагнетатели работают в зоне помпажа, предложить мероприятия (не менее трех), выводящие нагнетатели из этой зоны. Исходные данные к задаче (вариант 1):
Решение: Нагнетателю гарантируется безпомпажная работа при соблюдении следующего неравенства:  где  приведенная объемная производительность нагнетателя:  фактическая и номинальная частоты вращения ротора нагнетателя; номинальная частота вращения ротора нагнетателя НЗЛ 260-13-2 составляет 5550 об/мин;  значение  из приведенной характеристики нагнетателя (рис.3), соответствующее максимуму зависимости ε-Qпр для рассматриваемого значения (n/nн)пр, а при отсутствии максимума у зависимости ε-Qпр – минимальному значению из приведенной характеристики. Рис. 3 – Приведенная характеристика 260-13-2 Из характеристики нагнетателя находим:  Проверяем условие по приведенному расходу:  Таким образом, условие беспомпажной работы нагнетателя не выполняется. Каждый нагнетатель оснащен системой защиты от помпажа, однако, если в силу каких-либо причин автоматическая система защиты не сработала, а персонал определил наличие помпажа, то необходимо: а) увеличить расход газа через нагнетатель и уменьшить степень сжатия путем перепуска газа с нагнетания на всасывание через байпасный кран (т.е. вывести ГПА на «кольцо»); б) уменьшить фактическую частоту вращения ротора нагнетателя; в) сбросить газ в атмосферу с выхода компрессора. В случае, если предложенные мероприятия не принесли результата, то необходимо осуществить аварийный останов ГПА. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. ПОДБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НПС МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВЗадача для самостоятельного решения: Подобрать основные и подпорные насосы для ГНПС нефтепровода производительностью G, предназначенные для подачи нефти от пункта ее добычи до системы трубопроводов. Характеристика линейной части нефтепровода: диаметр D×δ, протяженность – L, разность геодезических отметок – Δz, гидросопротивление – Hн. Характеристика площадки ГНПС: геодезическая отметка резервуарного парка – Zр, геодезическая отметка подпорной HС – Zп, геодезическая отметка основной HC – Zo. Характеристика перекачиваемой нефти при температуре перекачки: плотность – ρ, вязкость – ν, давление насыщенных паров PS. Исходные данные к задаче (вариант 1):
Решение: Подбор оборудования производится по требуемым подаче и напору НС. Расчетная часовая подача НС определяется по формуле:  где  количество рабочих дней станции в году; для нефтепровода диаметром 1220 мм и протяженностью 120 км τ = 355 сут.; Максимальная часовая подача НС:  где  коэффициент, учитывающий резерв пропускной способности нефтепровода (подачи НС) на случай перераспределения потоков в системе нефтепроводов в процессе ее эксплуатации; для однотрубных (однониточных) нефтепроводов принимаем 1,07; Ориентировочный потребный напор может быть рассчитан по формуле:  где  максимальный напор в конце нагнетательного трубопровода; если НС подает жидкость в резервуарный парк, для магистральных трубопроводов принимается равным 40 м с учетом потерь напора в коммуникациях парка; минимальный напор в начале всасывающего трубопровода; для стальных наземных резервуаров минимальный уровень взлива принимается равным 1,0 м; Последовательная схема соединения насосов диктует подбор основных насосов по подаче. Подача насосов должна равняться требуемой подаче станции. Выбираем насос НМ 5000-210-2.1 с характеристиками:
Подпорный насос подбирается по подаче и напору. Его подача должна равняться подаче выбранного основного насоса, напор примерно на 30 м больше допустимого кавитационного запаса основного насоса hдоп. Выбираем насос НПВ 5000-120-М с характеристиками:
Формулы для расчета параметров работы насоса на нефти Hν, Qν,ην по известным параметрам работы на воде Hв, Qв,ηв имеют следующий вид:  ;  ;  , где КН, KQ, Кη – коэффициенты пересчета соответственно напора, подачи и КПД насоса с воды на нефть. В методике пересчета характеристик магистральных насосов в качестве параметра, характеризующего течение перекачиваемой жидкости в рабочем колесе, используется число Рейнольдса, считаемое по следующей зависимости:  , где n – число оборотов ротора насоса, n = 3000 об/мин; D2 – наружный диаметр рабочего колеса, м; ν – вязкость нефти, м2/с. При весьма больших числах ReH (а именно, при ReH ReП, где ReП – так называемое переходное число ReПРейнольдса для насоса данной конструкции) сила трения перестает зависеть от числа ReП, а зависит только от подачи Q. Следовательно, при ReH ReП (Q – H) – характеристика насоса не зависит от вязкости перекачиваемой жидкости, а зависит только от диаметра и угловой скорости вращения рабочего колеса. Таким образом, если ReН ReП (Т П), то в пересчете (Q – H) – характеристики с воды на вязкую жидкость нет необходимости (коэффициенты Hν, Qν, ην не пересчитываются, т.к. соответствующие коэффициенты пересчета КН и КQ = 1. Однако если ReН ReП (t П) характеристики центробежного нагнетателя, построенные на воде (в = 1сСт), отличаются от характеристик нагнетателя, работающего на более вязкой жидкости (т.е. коэффициенты пересчитываются, так как КН и КQ 1). Таким образом, пересчет характеристики Н = F(Q) c воды на вязкую нефть необходим в том случае, когда величина ReН не превышает величину переходного числа Рейнольдса ReП, вычисляемого по формуле:  , где nS – коэффициент быстроходности насоса на режиме максимального к.п.д., являющийся индивидуальной характеристикой насоса:  , где Qном и Нном – подача и напор при работе на воде с максимальным КПД; n – частота вращения, об/мин; Квс, Кст – число соответственно сторон всасывания рабочего колеса и ступеней насоса. В случае  , для вычисления коэффициентов пересчета напора КН, подачи  и к.п.д. К насоса с воды на вязкую нефть используются следующие формулы: , где Reгр – граничное число Рейнольдса; а – поправочный коэффициент. Величины Reгр и а , так же как и ReПявляются функцией от nS.  ;  . Выполним расчеты для основного магистрального насоса:  ; ; .Таким образом, ReH > ReП, следовательно, коэффициенты Hν, Qν, ην не пересчитываются. ХарактеристикуQ-N также пересчитывать нет необходимости. Проверим необходимость пересчета характеристик для подпорного насоса:  ; ; .Таким образом, для подпорного насоса ReH > ReП, следовательно, коэффициенты Hν, Qν, ην также не пересчитываются. Допустимый кавитационный запас насоса при перекачке нефти и нефтепродуктов вычисляется по формуле:  , где  – допустимый кавитационный запас основного насоса при работе на воде в номинальном режиме;kh – коэффициент запаса, kh = 1,1…1,15;  ,  – поправки соответственно на температуру и вязкость перекачиваемой жидкости. ;  , где  – напор, соответствующий давлению насыщенных паров перекачиваемой жидкости;Vвс.п – скорость жидкости во всасывающем патрубке основного насоса; вх – коэффициент местного сопротивления на входе в основной насос, вычисляемый по формуле:   , где Sпр.вс, Dвс.п – площадь проходного сечения и внутренний диаметр всасывающего (приемного) патрубка насоса. Для основного насоса число Рейнольдса на входе в насос Reвх рассчитываются по диаметру всасывающего патрубка насоса Dвс.п.  . Выполним расчеты согласно исходных данных по вышеприведенному алгоритму:  ; ; ; ; ; ; .Всасывающая способность определяется по следующей зависимости:  , где Pа – атмосферное давление принимаемое равным 0,1013 МПа. Таким образом, всасывающая способность основного магистрального насоса равна:  .Так как Hs < 0, то магистральному насосу требуется подпор величиной │Hs│ = 57,17 м. Выполним расчет всасывающей способности подпорного насоса:  ; ; ; ; .Подпорный насос также не обладает самовсасывающей способностью. Насосу требуется подпор величиной │HSП│ = 6,68 м. Проверка для ГИПС: По развиваемому напору:  . По всасывающей способности:  . где НП – напор подпорного насоса, НП = 86,5 м; НSП – допустимая высота всасывания подпорного насоса, НSП = 6,68 м; hвп и hнп – потери напора на трение и на местные сопротивления во всасывающем и нагнетательном трубопроводах подпорной НС; при отсутствии данных по протяженности и диаметрам трубопроводов, принимаются ориентировочно равными по 5 м; Δzп – разность геодезических отметок конца нагнетательного трубопровода подпорной НС (входной патрубок первого основного насоса) и начала всасывающего (патрубок самого удаленного резервуара), Δzп = -2 м; HS – допустимая высота всасывания основного насоса, HSМ = 57,17 м; Δzв – разность геодезических отметок всасывающего патрубка подпорного насоса и патрубка самого удаленного от подпорной НС резервуара, Δzв = -5 м; h0 – обычно соответствует минимальному уровню взлива жидкости в резервуаре откачки; для стальных наземных резервуаров h0 = 1,0 м.  ; .Первое условие выполняется, а второе – нет. Наиболее радикальным способом его выполнения является заглубление подпорной НС. Необходимое заглубление насоса относительно резервуара находится по формуле:  . При положительном hз требуется заглубление не менее, чем на hз, при отрицательном – заглубления не требуется.  .Учитывая, что величина Δzп = -2 м, то полученная необходимая величина заглубления подпорной НС составит 8,68 м, при условии, что потери напора на трение и на местные сопротивления во всасывающем трубопроводе подпорной НС hвп, составят не более 5 м. Заглубление подпорной станции более 4,0 м не эффективно. Таким образом, необходимо предусмотреть ряд мероприятий для уменьшения длин трубопроводов и количества местных сопротивлений. Определим количество основных рабочих насосов на НС:  , где Hн – напор, развиваемый основным насосом для перекачиваемой жидкости при подаче Qмах.  .Таким образом, с учетом округления принимаем количество основных магистральных насосов 3 шт. и один резервный. Так как округление выполнялось в меньшую сторону, то для обеспечения заданной производительности Qmax предусматривается на линейной части строительство лупинга. Осуществим проверку расчетного числа рабочих насосов на выполнение условий сохранения прочности корпуса насоса и трубопровода. Условие прочности трубопровода:  , где n – округленное до целого числа количество насосов; Hн – напор, создаваемый одним магистральным насосом при плановом режиме перекачки с расходом Q = Qч.max; h – подпор основного насоса; hH – потери напора в коммуникациях НС со стороны нагнетания, примерно равные 5 м; Pраб – допустимое рабочее давление трубопровода; рt – плотность при расчетной температуре t; g – ускорение свободного падения. Принимаем Pраб = 5,5 МПа.  ; .646,51 м < 655,73 м. Таким образом, условие прочности трубопровода выполняется. Выполним проверку расчетного числа рабочих насосов по прочности корпуса насоса:  . где Pн – допустимое рабочее давление насоса 73,5·105 Н/м2 с подачей больше 1250 м3/ч , МПа;  .Таким образом,  Условие прочности корпуса выполняется. Таким образом, окончательно принимаем насосы НМ 2500-230 в количестве 3 шт. плюс один резервный; подпорные насосы НПВ 2500-80 в количестве 1 шт. плюс один резервный. Подбор двигателей для привода насосов проводится по мощности и частоте вращения вала насоса nн и двигателя nд на основе технических характеристик двигателей:  ; где N– требуемая мощность двигателя, Вт; кз – коэффициент запаса, равный 1,15 для электродвигателей мощностью менее 500 кВт и 1,10 – для электродвигателей с большей мощностью; ρt – плотность при расчетной температуре t; ηд – к.п.д. двигателя; H – действительный напор насоса соответствующий Qmax; ηн – к.п.д. насоса соответствующий Qmax; Qmax.сек – максимальная секундная подача станции; g – ускорение свободного падения. Необходимо подобрать такой электродвигатель, чтобы его номинальная мощность была бы не меньше необходимой, и чтобы эта разница была как можно меньше (чтобы электродвигатель работал с максимальной загрузкой). Для подобранного двигателя nд должно равняться nн. Выбираем двигатель СТДП-2000-2:
Определим потребляемую мощность насоса при данных условиях  .N < Nдв, следовательно двигатели выбраны верно. Для насосов марки НПВ 2500-80 выбираем двигатель ВАОВ-630L-4У1.
Определим потребляемую мощность насоса при данных условиях  N < Nдв, следовательно двигатель выбран верно. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||