Ирина Эланс
Эксплуатация насосных станций
СОДЕРЖАНИЕ
Задание на курсовой проект
Введение
1 Разработка технологической
схемы НПС
1.1.1 Гидравлический расчет трубопровода
1.1.2 Подбор насосного оборудования
1.1.3 Характеристика насоса, его устройство и особенности его работы
1.1.4 Пересчет характеристики с воды на перекачиваемый продукт
1.1.5 Совмещенная характеристика трубопровода и группы насосов
1.1.6 Регулирование подачи обточкой рабочего колеса
1.2 Определение объема резервуарного парка
1.3 Выбор основного
2 Компоновка насосного цеха
2.1 Подбор электродвигателя
и определение размеров насосного
2.2 Подбор подъемно-транспортного оборудования
2.3 Размещение оборудования в насосном цехе
3. Расчёт системы вентиляции
4. Эксплуатация резервуарного парка
5. Заключение
6. Список использованных источников
ВВЕДЕНИЕ
НПС – это сложный комплекс инженерных сооружений, предназначенных для обеспечения перекачки заданного количества нефти или нефтепродуктов. НПС магистральных трубопроводов подразделяют на головные и промежуточные.
Промежуточные НПС предназначены для повышения давления перекачиваемой жидкости в трубопроводе, и их размещают по трассе согласно гидравлическому расчету. Они имеют в своем составе в основном те же объекты, что головные перекачивающие станции, но вместимость их резервуаров значительно ниже, либо они отсутствуют (в зависимости от принятой схемы перекачки).
Разработка технологической схемы НПС, включает в себя: создание рациональной системы внутристанционных коммуникаций с установленными на них основным и вспомогательным оборудованием; подбор оптимальных диаметров и определение направлений потоков.
Компоновка насосного цеха определяет взаимное расположение основного и вспомогательного оборудования внутри цеха.
В данном курсовом проекте рассматривается промежуточная нефтеперекачивающая станция, задачей которой является перекачка нефти с проектным расходом 6500 м3/ч на расстояние 72 км.
Промежуточная НПС осуществляет операции по поддержанию напора, достаточного для дальнейшей транспортировки нефти и нефтепродуктов по магистральному нефтепроводу.
1 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ НПС
Главное требование при разработке технологических схем - их простота, возможность выполнения всех предусматриваемых проектом технологических операций при минимальном количестве монтируемой запорной и регулирующей арматуры и соединительных деталей, а также обеспечения минимальной протяженности технологических трубопроводов. Длина трубопроводов обусловливается допустимыми минимальными разрывами между соединяемыми объектами. Наиболее часто используют принципиальные (полные) схемы и схемы соединений (монтажные).
На принципиальных схемах изображают все гидравлические элементы или устройства, необходимые для осуществления технологических процессов и контроля за ними, а также все гидравлические связи между ними.
Нефть поступает на станцию через фильтры-грязеуловители, затем через систему ССВД направляется в магистральную насосную, далее через узел регуляторов давления в камеру пуска средств очистки и диагностики (СОД) – в магистральный нефтепровод. Для очистки полости трубопровода от парафина, смол, мехпримесей, воды из камеры СОД периодически производится запуск очистных устройств (скребков). Из нее же в трубопровод вводятся средства диагностики состояния его стенки.
Для перекачки нефти по нефтепроводу станция оснащена, [7]: - магистральной насосной, оборудованной тремя центробежными насосами НМ 7000-210 с приводом от синхронных электродвигателей СТДП 5000-2 УХЛ4;
- узлом приема-пуска средств очистки и диагностики (УППСОД);
- системой сглаживания
волн давления (ССВД) которая предназначена
для защиты трубопровода от
гидравлического удара, который
может возникнуть из-за
- камерой регулирующих
заслонок. В узле регулирования
давления установлены две
- фильтрами-грязеуловителями.
Узел фильтров-грязеуловителей
- технологическими
Рассмотрим технологическую схему НПС.
Нефть от предыдущей станции через узел приема-пуска средств очистки и диагностики (УППСОД) через блок фильтров-грязеуловителей где проходит очистку от механических примесей и систему сглаживания волн давления (ССВД) поступает в приемный коллектор магистральной нефтяной насосной станции. Для того чтобы рабочее давление не превышало допустимое давление, перед выходом нефти в магистральный нефтепровод установлен узел регуляторов давления. После узла регуляторов давления нефть направляется в УППСОД и далее в магистральный нефтепровод.
1.1.1 Гидравлический расчет трубопровода и подбор насосного оборудования
Рисунок 1 – Схема перекачки
1.1.1 Гидравлический расчет трубопровода
1) Составим уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2, 3-3 и 4-4:
• для сечений 1-1 и 2-2:
где
• для сечений 3-3 и 4-4:
Выразим потребный напор насоса
1.1.2 Определение диаметров и скоростей
Принимаем скорость движения жидкости в нагнетательной линии
где
По ГОСТ принимаем:
где
Уточняем скорости во всасывающей и нагнетательной линиях
1.1.3 Определение потерь напора во всасывающей и нагнетательной линиях
где
Трубы стальные сварные:
где
Определим первое граничное число Рейнольдса
Так как , по формуле Альтшуля найдем коэффициент гидравлического сопротивления
1.1.3.1 Определение потерь напора во всасывающей линии
где
Найдём сумму местных сопротивлений
Аналогично для других точек расхода найдем и данные сведём в таблицу 1.1.3.1.1.
Таблица 1.1.3.1.1 – Гидравлический расчет всасывающего трубопровода
Q, м3/ч |
0 |
1625 |
3250 |
4875 |
6400 |
6500 |
8125 |
9750 |
11375 |
υв, м/с |
0 |
0,48 |
0,95 |
1,43 |
1,87 |
1,90 |
2,38 |
2,85 |
3,33 |
Reв |
0 |
13756 |
27513 |
41269 |
54179 |
55026 |
68782 |
82538 |
96295 |
Reпер1 |
55000 | ||||||||
λв |
0 |
0,029 |
0,025 |
0,023 |
0,021 |
0,021 |
0,020 |
0,020 |
0,019 |
hв, м |
0 |
0,180 |
0,717 |
1,611 |
2,773 |
2,860 |
4,466 |
6,426 |
8,742 |
Определение потерь напора в нагнетательной линии
Аналогично для 20 точек расхода найдем и данные сведём в таблицу 1.1.3.2.1.
Таблица 1.1.3.2.1 – Гидравлический расчет нагнетательного трубопровода
Q, м3/ч |
0 |
1625 |
3250 |
4875 |
6400 |
6500 |
8125 |
9750 |
υв, м/с |
0 |
0,48 |
0,95 |
1,43 |
1,87 |
1,90 |
2,38 |
2,85 |
Reн |
0 |
13756 |
27513 |
41269 |
54179 |
55026 |
68782 |
82538 |
Reпер1 |
55000 | |||||||
λн |
0 |
0,029 |
0,025 |
0,023 |
0,021 |
0,021 |
0,020 |
0,020 |
hн, м |
0 |
22,212 |
75,440 |
154,807 |
251,359 |
258,412 |
385,165 |
534,351 |
1.1.4 По формуле (1.4) потребный напор насоса:
Аналогично находим потребный напор еще для семи значений расхода (таблица 1.1.3.3.1).
Таблица 1.1.3.3.1 – Зависимость потребного расхода от напора
Q, м3/ч |
0 |
1625 |
3250 |
4875 |
6500 |
8125 |
9750 |
Hпотр, м |
78,05 |
78,05 |
131,8 |
212,08 |
316,93 |
445,29 |
596,44 |
Hмаг, м |
262,50 |
257,55 |
242,69 |
217,93 |
183,27 |
138,71 |
84,24 |
Q, м3/ч |
0 |
1413,04 |
2826,08 |
4239,13 |
5652,2 |
7065,21 |
8478,3 |
H |
456,5217 |
447,91 |
422,07 |
379,01 |
318,74 |
241,2 |
146,5 |
Статический напор трубопровода определяется по формуле:
м.
По найденному потребному напору и необходимой подаче подбираем центробежный нефтяной горизонтальный насос марки НМ 7000-210. Для создания необходимого напора необходимо установить 2 насоса.
Проверка всасывающей способности
Для обеспечения необходимой подачи должно выполняться условие
для НМ 7000-210
Кавитационный запас
Так как , то требуется подобрать подпорный насос
[2].
Так как , значит всасывание насосом и безкавитационная работа обеспечены.
Для обеспечения необходимой подачи устанавливаем параллельно два насоса типа .
В группе до четырех подпорных насосов необходимо устанавливать один резервный, [7].
Расчет совмещенной характеристики трубопровода и группы насосов
Совмещенная характеристика трубопровода и группы насосов насосной станции (рисунок 1.5) представляет собой пересечение графика зависимости
напора насоса от подачи Н= f(Q) и графика зависимости потребного напора трубопровода от расхода Нпотр = f(Q).
Уравнение характеристики магистрального насоса НМ 7000-210
1.1.3Характеристика насоса, его устройство и особенности его работ
В основной насосной размещены три магистральных насоса марки НМ 7000-210 (два рабочих, один резервный). С возможностью последовательного и параллельного подключения [3].
- Основной насос
Насос типа НМ марки НМ 7000-210 с диаметром рабочего колеса 475 мм и частотой n=3000 с-1.
Насосы типа НМ — центробежные горизонтальные одноступенчатые с рабочим колесом двустороннего входа и двухзавитковым спиральным отводом. Входной и выходной патрубки расположены в нижней части корпуса и направлены в противоположные стороны, что обеспечивает удобный доступ ротору без отсоединения патрубков от технологических трубопроводов.
Рисунок 1.1 ― Продольный разрез одноступенчатого насоса типа «НМ» с рабочим колесом двустороннего входа жидкости.
Горизонтальный разъем корпуса между ней 1 и верхней 4 его частями уплотнен прокладка. Ротор насоса состоит из вала 3, рабочего колеса 7, защитных втулок 5 и 6.
Двусторонний подвод жидкости к рабочему колесу и двухзавитковый спиральный
Отвод обеспечивает уравновешивание гидравлических осевых и радиальных сил, действующих на ротор.
Опорами ротора служат подшипники скольжения 8 с жидкой принудительной смазкой (под давлением) от маслоустановки агрегатов. Остаточное осевое усилие ротора воспринимают два упорных подшипника 9.
Рабочее колесо литое, одностороннего входа. Направляющий аппарат – литой. Для обеспечения бескавитационной работы насоса устанавливается литое предвключенное колесо.
Осевое усилие ротора уравновешено разгрузочным диском.
Концевые уплотнения ротора – механические торцевые. Опоры ротора – подшипники скольжения с кольцевой смазкой и водяным охлаждением.
Крышки всасывания и напорная стягиваются стяжными шпильками, образуя вместе с секциями корпус насоса.
Насос и электродвигатель, соединенные муфтой, устанавливают на отдельных фундаментных рамах.
Направление вращения вала – по часовой стрелке, если смотреть со стороны электродвигателя.
Насосы изготавливают по ТУ 26-06-1407-84.
- Подпорный насос
Перед основным насосом чаще всего на производстве ставят подпорный насос. Его назначение – создавать необходимое давление на входе в основной насос. Чтоб обеспечить ему нормальные условия всасывания.
Допускаемый кавитационный запас ∆ получают на основе снятия кавитационных характеристик и приводят в паспортах или каталогах. Пределы изменения ∆ для основных насосов от 18 до 80 м, для подпорных насосов от 2- х до 6 м. Такой малый кавитационный запас насосов позволяет им осуществлять нормальное всасывание из резервуарных парков НПС. На входе эти насосы дают давления, больше допускаемого давления основных насосов. Обороты подпорных насосов 1000 или 1500 об/мин.
В целях уменьшения капитальных затрат на строительство зданий подпорных насосных станций (цехов) в последнее время устанавливают вертикальные подпорные насосы (рис. 4) в открытом исполнении.
Конструктивно этот насос, расположенный в нижний части стакана 1, сходен с насосом НМП. Он также имеет рабочее колесо 16, предвключенные колеса 15, 17, вал 13, спиральный корпус. Нагнетательные патрубки 3, подводы 14, 18.
Рисунок 1.2– Подпорный вертикальный насос типа НПВ
1 – стакан; 2 – спиральный корпус; 3 – нагнетательные патрубки; 4, 7 – напорные патрубки; 5, 20 – крестовины; 6,19 – подшипники скольжения; 8 – напорная крышка; 9 – втулка; 10 – радиально – упорный подшипник; 11 – электродвигатель; 12 – торцевое уплотнение; 13 – вал; 14, 18 – подводы; 15, 17 – предвключенные колеса; 16 – рабочее колесо. На верхний фланец фонаря 11 устанавливается электродвигатель, соединяемый с помощью муфты с валом насоса. Нефть входит в стакан по всасывающему патрубку 21, выходит по напорным патрубкам 4,7. Весь вал вращается на подшипниках скольжения 6, 19, опираясь на крестовины 20, 5. Напорные патрубки конструктивно переходят в напорную крышку 8.
Подшипник 10 радиально- упорный. Он воспринимает нагрузку от вала двигателя. В месте выхода вала 13 из напорной крышки устанавливается
торцевые уплотнения 12. Стакан 1 герметичный, он эксплуатируется под абсолютным давлением (0,05…0,1) МПа. Он опускается в колодец глубиной 3- 4 м. Это позволяет увеличить подпор на выходе в НПВ.
Эти насосы допускают как последовательную, так и параллельную схему (чаще параллельно). Кавитационный запас насосов НПВ в пределах 2…5 м.
1.1.4Пересчет характеристики с воды на перекачиваемый продукт основного насоса
1.1.4.1 Пересчет характеристики НМ 7000-210, [4]
Определяем коэффициент быстроходности насоса
где
Определим переходное число Рейнольдса
Определяем число Рейнольдса
где
Так как , то автомодельный режим присутствует и не требуется пересчет и .
Пересчет КПД насоса с воды на перекачиваемую жидкость
где
Поправочный коэффициент
1.1.4.1 Пересчёт характеристик НПВ 3600-90, [4]
Определяем коэффициент быстроходности насоса
Определим переходное число Рейнольдса
Определяем число Рейнольдса
Так как , то автомодельный режим присутствует и
Не требуется пересчет и .
Поправочный коэффициент
0,96*85=82%
1.1.5 Совмещеная характеристика трубопровода и группы насосов, регулирование подачи обточкой рабочего колеса
Обточка рабочих колес по наружному диаметру широко применяется в трубопроводном транспорте нефти. Этот способ может быть эффективно использован при установившемся на длительное время режиме перекачки. Следует отметить, что уменьшение диаметра рабочего колеса сверх допустимых пределов приводит к нарушению нормальной гидродинамики потока в рабочих органах насоса и значительному снижению к.п.д.
– коэффициент параболы обточки
Строим параболу обточки, определяющуюся по формуле:
где
Построим параболу подобия. Результаты построения сведем в таблицу
Таблица 6.1 – Парабола обточки
Q, м3/ч |
0 |
1625 |
3250 |
4875 |
6500 |
8125 |
9750 |
H |
0 |
19,75 |
79 |
177,8 |
316 |
493,8 |
711 |
Точка 2 находится на пересечении напорной характеристики насоса с параболой обточки.
Получим на пересечении с характеристикой насоса точку 2 с параметрами, удовлетворяющими уравнениям подобия.
;
Степень обточки
Процент обточки
При обточке колеса наблюдается незначительное уменьшение КПД насоса, зависящее от коэффициента быстроходности и степени обточки колеса. По формулам и пересчитаем кривую НМ. При 150<ns<200 допускается обточка рабочих колес до 10%. В нашем случае ns=194 и ∆=8,9% - условие выполняется, следовательно, регулирование подачи путем обточки рабочего колеса приемлемо.
При работе двух основных насосов на насосной станции режимная точка лежит в пределах пределами рабочей зоны основных насосов, т.е. данный режим работы насосной станции возможен.
Рисунок 1.4 Совмещенная характеристика трубопровода и НПС
1-характеристика трубопровода; 2- характеристика НМ 10000-210
3- характеристика 2 НМ 7000-210; 4- парабола подобия;
5- характеристика
2 НМ 7000-210 после регулирования
1.2 Определение объема резервуарного парка
Резервуарный парк служит для обеспечения основного технологического процесса — надежной и бесперебойной перекачки нефти по нефтепроводу. Резервуарным парком называется комплекс взаимосвязанных резервуаров для выполнения технологических операций приема, хранения и перекачки нефти.
Резервуарные парки НПС предназначены для создания запасов нефти с целью обеспечения бесперебойной работы трубопровода в случае прекращения или неравномерной поставки нефти с промысла, а также для приема нефти при аварийных или плановых остановках перекачки.
Полезный объем резервуарного парка магистрального нефтепровода составляет 421200 м3. В соответствии с этим подбираем 9 резервуаров РВСП – 50000. В целях защиты резервуаров от перелива и технологических трубопроводов и арматуры от превышения давления в составе резервуарного парка выделяется два резервуара для сброса РВСП 20000. В резервуары для сброса предусматривается сброс нефти по специальному трубопроводу через узел №1 предохранительных клапанов в случае повышения давления на входе НПС, и через узел №2 предохранительных клапанов при повышении давления в трубопроводе между подпорной и магистральной насосной в случае остановки магистральных насосных агрегатов, при срабатывании автоматической защиты от перелива резервуар.
Резервуарный парк НПС состоит из четырех основных резервуаров РВСП - 50000. Схема резервуара РВСП-50000 приведена на рисунке 1.13, технические характеристики резервуаров приведены в таблице 1.8.
1 – днище; 2 – стенка; 3
- крыша; 4 - направляющие понтона; 5 –
площадка обслуживания; 6, 7 – лестница
шахтная; 7-13 – люки и патрубки
на крыше;
14 - площадка и стремянка у люка-
Рисунок 1.13 – Резервуар вертикальный стальной цилиндрический с понтоном
Таблица 1.8 Технические характеристики резервуаров
Тип резервуара |
РВСП-50000 |
Объем резервуара, м3 |
50000 |
Внутренний диаметр резервуара, мм |
60700 |
Высота стенки, мм |
18000 |
Конструкция стенки, днища |
Полистовая |
Конструкция крыши |
Коническая, щитовая |
Масса, т |
984,225 |
2 КОМПОНОВКА НАСОСНОГО ЦЕХА