Проектирование маслосистемы

Содержание 

Введение

Надежность работы любого оборудования определяется прочностью и надежностью его самых высоконагруженных  и,  соответственно,  подверженных более быстрому износу узлов.  У  магистральных насосов и их приводных  электродвигателей нефтеперекачивающих  станций такими узлами являются опоры  роторов на подшипниках скольжения и качения.  Для надежной и долговечной  работы этих узлов в магистральной  насосной НПС устанавливается принудительная система смазки, которая обеспечивает необходимый температурный режим  их работы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Назначение маслосистемы 

Система маслоснабжения, представленная на рисунке 1, предназначена  для принудительной смазки и охлаждения подшипников скольжения и качения  магистральных насосных агрегатов, работающих в системе нефтеперекачивающей  станции НПС.

В качестве смазки подшипников применяется турбинное  масло марки ТП -22 (л).

Система смазки магистральных насосных агрегатов  состоит из рабочего и резервного масляных насосов, маслопроводов, оборудованных  фильтрами очистки масла, рабочего и резервного маслобаков, аккумулирующего  маслобака, маслоохладителей и запорной арматуры.

Масло с основного  маслобака забирается работающим маслонасосом шестеренчатого типа (например Ш80-2.5-37.5/2.5-10), проходит через маслофильтр, подается на маслоохладители, откуда поступает на смазку подшипников магистральных агрегатов и на заполнение аккумулирующего маслобака. В случае отключения маслонасосов, масло под действием гидростатического давления из аккумулирующего маслобака подается на смазку подшипников МА, обеспечивая выбег насосного агрегата в течение 10 минут.

Температура масла  в общем коллекторе перед поступлением на магистральные насосные агрегаты должна находиться в интервале от +20 С до +70 С, при превышении температуры  масла на выходе из маслоохладителя  более +70 С, автоматически включаются дополнительные вентиляторы обдува. При низкой температуре масла  допускается работа маслосистемы, минуя  маслоохладители.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 1 Схема системы  маслоснабжения НПС 

1 – шестеренный  насос; 2 – маслобак; 3 – аппарат  воздушного охлаждения масла; 

4 – бак аккумулирующий; 5 – трубопровод отводящий;

6 – трубопровод  подводящий; 7 – клапан обратный  

2 Устройство и работа  оборудования системы  смазки 

В систему маслоснабжения входят следующие элементы:

– насос шестерёнчатый  с электродвигателем;

– бак масляный – представляет собой ёмкость  сварной конструкции. На крышке бака имеется воздушник для вентиляции внутренней полости и жезл для  визуального замера уровня масла  в баке. Внутри бака имеются три  перегородки для уменьшения пенообразования. Дно бака имеет уклон в одну сторону для улучшения условий  опорожнения и очистки. Ко дну  бака приварены лапы крепления к  фундаменту и крюки для подъёма;

– маслоохладитель  АВОМ – состоит из двух секций. Каждая секция представляет собой горизонтальный пучок труб с наружными ребрами  охлаждения и вентилятора;

– фильтр масляный двойной состоит из двух патронов, корпус имеет патрубки подвода и  отвода масла и лапы для крепления. Патрон фильтрующий состоит из 44 сетчатых секций. Патроны вставляются  в корпус и фиксируются в осевом направлении. При работе маслоустановки в действии находится один фильтр, второй в резерве;

– бак аккумулирующий – предназначен для подачи масла  к подшипникам насосного агрегата во время его выбега при отключении шестеренчатого насоса.

– маслоустановка выполнена со 100 процентным резервом. Масло подаётся из маслобака маслонасосом в фильтр и через маслоохладитель  поступает по маслопроводу на смазку подшипников насосного агрегата. После прохождения через подшипники насосных агрегатов масло по сливному трубопроводу сливается в маслобак. В случае отключения шестеренчатого маслонасоса масло под действием  гидростатического давления из аккумулирующего  бака подаётся на смазку подшипников  насосных агрегатов.

Запуск в работу маслонасосов осуществляется как в  автоматическом режиме с АРМ в  операторной, так и в ручном режиме по месту в электрозале. Неисправность  маслонасосов оператор наблюдает по световой и звуковой сигнализации с  выпадением сообщения «неисправность маслонасосов». Световые сигнализации уровня масла в маслобаках имеет следующие сообщения: «аварийный», «минимальный», «максимальный»; температура масла «минимальная», «максимальная». Включение в работу маслоохладителей осуществляется автоматически при достижении температуры масла +65°С и отключение при достижении температуры масла +35°С с сопровождением звуковой и световой сигнализацией «включен», «отключен».

3 Режимы управления  для агрегатов  маслосистемы 

Можно выделить следующие режимы управления для  агрегатов маслосистемы:

– основной –  агрегат назначается в качестве основного при работе в автоматическом режиме;

– резервный  – автоматический запуск резервного маслонасоса (АВР) взамен неисправного основного;

– ручной – режим  индивидуального управления агрегатом  кнопками по месту;

– кнопочный  – режим кнопочного управления, подразумевающий индивидуальное управление агрегатом через клавиатуру;

– ремонт – насос выведен в ремонт.

4 Порядок ввода  маслосистемы в  работу 

Вначале проверяется  уровень масла в маслобаках по световой сигнализации в операторной  на АРМ. Уровень в маслобаках на сигнализацию минимальный 420 мм и максимальный 140 мм от верха маслобаков.

При необходимости  производится пополнение маслосистемы.

Затем запорную арматуру маслосистемы магистральных  насосных агрегатов НМ 3600x230 приводят в рабочее состояние, т.е. открывают  шаровые краны подачи масла на подшипники агрегатов.

Проверяют положение  запорной арматуры. Вводят в работу маслонасос №1 с АРМ операторной, переводом в положение «основной», а управление маслона-сосом №2 устанавливают  в положение «резерв» за 20 минут  до пуска магистральных насосных агрегатов.

Управление маслоохладителей АВОМ следует установить в положение  «автоматическое» в теплое время  года. В зимний период времени при  низкой наружной температуре воздуха  масло на подшипники магистральных  агрегатов подается минуя маслоохладители.

После установления 0,5 кг/см² и температуры масла не менее +20°С, даётся разрешение на включение масляных выключателей электродвигателей СТД-4000.

В процессе работы контроль температуры масла в  трубопроводе осуществляется по световой сигнализации на АРМ оператора НПС  в операторной. Температура масла  не должна превышать +70°С и не быть ниже +20°С. При аварийном давлении в  маслосистеме 0,5 кгс/см с выдержкой  времени 2 с или затоплением маслоприямка 100 мм от уровня пола происходит отключение НПС.

Остановка маслонасоса  производится (в случае аварии с  нарушением маслопровода с выходом  масла) после полной остановки агрегата и отключения электродвигателей  насосных агрегатов с выключением  масляных выключателей (ремонтное положение).

5 Техническое обслуживание  и ремонт маслосистемы 

Оперативный контроль работоспособности оборудования системы  смазки и охлаждения осуществляется оператором НПС по показаниям на АРМ  оператора.

В объем оперативного контроля входят: температура масла  после охладителей, давление масла  до и после фильтров очистки, давление масла на подшипниках МНА, уровень  масла в маслобаках, положение  запорной арматуры, работа маслонасосов, отсутствие течи масла по соединениям  трубопроводов и оборудования маслосистемы. В объём работ по техническому ремонту входит устранение неисправностей без вмешательства в работу системы: наружный осмотр, очистка наружных поверхностей от внешних загрязнений, ликвидация течей во фланцевых соединениях и резьбовых соединений, проверка затяжки соединений.

При текущем  ремонте выполняются все операции ТО, а также: разборка маслонасоса, промывка, дефекация изношенных деталей и  узлов; замена торцевых уплотнений; подтяжка фланцевых соединений; осмотр и, при  необходимости, замена эластичных элементов  соединительной муфты насосов, задвижек и вентилей; при необходимости, пополнение масла; проверка срабатывания автоматического  включения резервного насоса, очистка  маслофильтров.

Очистка фильтрующих  элементов маслофильтров производится согласно графика ППР или внепланово при достижении перепада давления масла  на входе и выходе маслофильтра 0,5 кг/см.

Очистка производится в следующем порядке:

– отсечь засорившийся маслофильтр запорной арматурой;

– демонтаж фильтрующего элемента;

– разборка фильтрующего элемента;

– промывка фильтрующего элемента бензином в условиях механической мастерской с последующей просушкой;

– сборка маслофильтра.

Контроль качества масла производится раз в квартал  с составлением протокола химического  анализа.

6 Технологические  трубопроводы для  системы маслоснабжения 

Подача масла  в подшипники магистральных агрегатов  на насосных станциях производится через  систему маслопроводов проложенных  в насосном зале и электрозале. Эта  система трубопроводов относится  к технологическим трубопроводам.

К технологическим  относятся все трубопроводы на площадках  насосных и компрессорных станций, по которым транспортируется нефть, нефтепродукты, газ, а также масло, пар, вода.

На перекачивающих станциях к технологическим относят  также трубопроводы, соединяющие  резервуарный парк, камеру фильтров и  насосную между собой и с магистральным  трубопроводом, обвязку наосов.

Общая протяженность  технологических трубопроводов  на одной перекачивающей станции  может достигать 10 км.

Технологические трубопроводы монтируют одним из двух способов: по месту или укрупненными узлами и блоками.

Монтаж по месту  заключается в том, что трубопровод  собирают непосредственно на месте  укладки. При этом используют простейшие такелажные средства.

В случае монтажа  укрупненными узлами и блоками выполняется  их предварительная сборка на специальных  монтажных площадках.

При этом способе  работы существенно ускоряются, так  как предварительную сборку можно  вест параллельно с общестроительными  работами.

Отличительной особенностью технологических трубопроводов  является то, что значительная их часть  прокладывается на опорах.

7 Воздушное охлаждение  масла 

Для охлаждения масла на насосных станциях используются различные типы теплообменных аппаратов  и схемы охлаждения.

Аппараты воздушного охлаждения (АВО) в настоящее время  нашли широкое применение на всех типах станций в газовой промышленности, нефтяной, нефтеперерабатывающей и  др. АВО включает следующие основные узлы и агрегаты: секции теплообменных  труб, вентиляторы с приводом, диффузоры  и жалюзи, несущие конструкции, механизмы  регулирования. Теплообменные трубчатые  секции состоят из оребренных труб, камер подвода и отвода теплоносителей, мечущих элементов конструкции  – рам жесткости.

АВО выполняется  с развитой наружной поверхностью (за счет оребрения). Оребрение используется в том случае, когда удельный теплообмен с наружной поверхности значительно  меньше удельного теплообмена с  внутренней; оно служит для выравнивания теплового потока, передаваемого  от теплоносителя, идущего внутри труб, к воздуху.

АВО являются экологически чистыми устройствами. Они не загрязняют среду, значительно уменьшают расход воды, не требуют для работы предварительной  подготовки охлаждающего агента, что  приводит к снижению приведенных  затрат на охлаждение.

Оребрение поверхности  может осуществляться различными способами: накаткой или навивкой ребер, напрессовкой пластин, намоткой проволоки. Накатные ребра образуются выдавливанием  при протяжке толстостенной заготовки  между специальными роликами. Материалом в этом случае служат относительно мягкие металлы – медь, алюминий. Иногда применяются биметаллические  трубы; в этом случае материал внутренней трубы выбирается в зависимости  от условий эксплуатации, теплоносителя, его тепловых, физических и коррозионных свойств.

Необходимо отметить, что при этом в месте контакта двух труб возникает дополнительное термическое сопротивление и, как  показывают многочисленные исследования, тепловая эффективность их снижается  на 10–20% но сравнению с монометаллическими трубами.

Навитые оребренные трубы изготовляют наминкой в  основном алюминиевой ленты на трубы, причем навивка может осуществляться с натягом ленты или в предварительно накатанную канавку глубиной до 0,5 мм и подвальцовкой основания ленты металлом несущей трубы для большей жесткости и уменьшения термического сопротивления.

Наиболее перспективными аппаратами для охлаждения являются аппараты зигзагообразного типа (АВЗ), имеющие большие поверхности  охлаждения (3500 –10200 м²), длину труб 6 и мощность вентиляторов 99 кВт.

Камеры секций теплообменных аппаратов выполняются  разъемными и неразъемными. Разъемные  камеры состоят из трубной решетки, где крепятся оребренные теплообменные  трубы, и крышки со штуцерами для  подвода теплоносителя. Внутри крышки предусматриваются перегородки, уплотняемые  прокладками в плоскости фланцевого соединения для обеспечения различного числа ходов охлаждаемой среды (газа, масла, воды), движущейся внутри трубного пространства. Во избежание  высоких термических напряжений перепад температур одной крышки многоходовой секции не должен превышать 100° С. В верхней части крышек имеются воздушники, заглушённые  резьбовыми пробками; в перегородках – отверстия для дренажа охлаждающей  среды, а в нижней части – сливные  отверстия, закрытые пробками.

Вентиляторы АВО  представляют собой осевые машины, они имеют большую производительность по воздуху при малых гидравлических напорах. Окружная скорость вращения лопастей не превышает 62 – 65 м/с. Лопасти изготавливаются  штамповкой и сваркой, колесо имеет  от 3 до 8 лопастей, поворотных и неповоротных. Расход воздуха зависит от числа  труб в секциях, коэффициента оребрения, технологических факторов, расположения труб в секциях и др.

Привод вентиляторов АВО отечественного изготовления осуществляется электродвигателями разной мощности непосредственно  от двигателя (диаметр колеса 0,8 м) или  через угловой редуктор. Вентиляторы  диаметром 5,0 м приводятся во вращение либо через специальный редуктор с гипоидным зацеплением, либо от специального низкооборотного электродвигателя. Производительность вентилятора меняют поворотом лопастей; это можно  сделать вручную, пневматически, электромеханически или изменением скорости вращения двигателя либо применением гидродинамических муфт. В настоящее время АВО в основном имеет ручную регулировку производительности вентилятора, что создает трудности при поддержании постоянных выходных параметров в годовом цикле эксплуатации.

Для поддержания  в зимний период постоянной температуры  охлаждаемой среды осуществляется перепуск воздуха с помощью систем воздуховодов и жалюзи. Для запуска  турбины, когда масло не прогрелось, АВО комплектуют подогревателями  воздуха, расположенными под секциями труб. При эксплуатации АВО в зоне повышенных температур наружного воздуха  для расширения диапазона температур применяется увлажнение воздуха, для  чего в АВО оборудована система  увлажнения с форсунками.

Конструктивное  оформление АВО зависит от взаимного  расположения секций и вентилятора. Компоновка секций приведена на рисунке 2.

Как видно из рисунка теплообменные секции могут  располагаться горизонтально, вертикально, наклонно и зигзагообразно, в результате чего получают различные компоновки АВО. Наиболее применимым является аппарат с горизонтальным расположением секций; это упрощает монтажноремонтные работы, обеспечивает более равномерное распределение воздуха по секциям, однако они занимают большую площадь на насосных станциях. Аппараты с вертикальным расположением секций практически не используются, так как тепловая эффективность их в значительной степени зависит от скорости, направления ветра, кроме того, в этих аппаратах неравномерна загрузка подшипников.

Рис 2. Компоновка секций в  теплообменных аппаратах  воздушного охлаждения.

а – вертикальная; б – горизонтальная; в – шатровая; г – зигзагообразная; д – замкнутая 
 
 
 

8 Аккумулирующий бак  и маслобак 

8.1 Бак аккумулирующий 

Бак аккумулирующий – предназначен для подачи масла  к подшипникам насосного агрегата во время его выбега при отключении шестеренчатого насоса.

Аккумулирующий  маслобак установлен на определенной высоте от оси насосного агрегата так, чтобы обеспечивалось необходимое  давление масла подаваемого на смазку подшипников во время отключения электроэнергии.

Подача масла  в аккумулирующий бак осуществляется по напорному коллектору маслопровода через бугельную задвижку по трубопроводу диаметром 57мм.

При отключении двух маслонасосов 1, изображенных на рисунке 1, происходит срабатывание обратного клапана 7. Масло по напорному коллектору маслопровода через бугельную задвижку по трубопроводу диаметром 57мм идет на подшипники насосов магистральных НМ 7000-210.

Аккумулирующий  маслобак соединяется с маслопроводом  слива – трубопроводом диаметром 159 мм.

8.2 Бак масляный 

Бак масляный –  представляет собой ёмкость сварной  конструкции, на которой устанавливают  указатель уровня масла, фланцы для  присоединения трубопроводов и  предохранительный клапан. На крышке бака имеется воздушник для вентиляции внутренней полости и жезл для  визуального замера уровня масла  в баке. Внутри бака имеются 3 перегородки  для уменьшения пенообразования. Дно  бака имеет уклон в одну сторону  для улучшения условий опорожнения  и очистки. Ко дну бака приварены  лапы крепления к фундаменту и  крюки для подъёма. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

9 Проектирование маслосистемы 

9.1 Исходные данные  к проектированию 

Как правило, исходные данными для проектирования маслосистемы с воздушным охлаждением  являются:

9.2 Расчет трубопроводов  системы маслоснабжения 

Предварительно  задаются параметрами трубопроводов (условным диаметром и толщиной стенки) и принимают марку стали с  соответствующим ей пределом текучести [σ], МПа. т

Далее проводят проверку трубопровода на прочность.

Условие прочности  трубопровода 

9.3 Расчет системы  воздушного охлаждения  масла

9.3.1 Выбор типа калорифера

9.3.2 Проверка условия  нормальной работы  системы

9.3.3 Выбор вентиляторов

9.4 Расчет высоты  расположения аккумулирующего  бака и объёма  маслобака 

Высота расположения аккумулирующего бака рассчитывается исходя из давления и напора, необходимого для обеспечения работы магистральных  насосов во время выбега. Схема  к расчету представлена на рисунке 3. 

Рис.3 Подводящие трубопроводы, идущие от общего маслопровода к подшипникам  магистрального насоса 
 
 
 
 
 

1 – участок  1 с задвижкой и тройником; 2 –  участок 2 с тройником; 3 – участок  3 с поворотом; 4 – участок 4; 5 –  участок 5 с поворотом; 6 – общий  подводящий трубопровод; 7 – общий  отводящий трубопровод; 8 – отводящие  трубопроводы, идущие от магистрального  насоса к общему отводящему  трубопроводу; 9 – насос магистральный

Литература

1.А.М.Шаммазов, В.Н.Алекстандров,  А.И.Гольянов, Г.Е.Коробков, Б.Н.Мастобаев Проектирование и  эксплуатация насосных и компрессорных  станций, 2003г. 

2.А.А.Коршак, Л.П.Новосёлова Нефтеперекачивающие  станции,2008г. 

3.А.М.Шамазов,  А.А.Коршак, Г.Е.Коробков, Н.Ф.Султанов  Основы трубопроводного транспорта  нефти, 1996г. 

4.А.Г.Гумеров,  Р.С.Гумеров, А.М.Акбердин Эксплуатация  оборудования нефтеперекачивающих  станций, 2001г. 

5. П.И Тугунов, В.Ф Новосёлов, А.А. Коршак, А.М. Шаммазов. Типовые расчёты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов: Учебное пособие для ВУЗов 2002г.

6. О.А.Степанов, В.А. Иванов Охлаждения газа и масла на насосных и компрессорных станциях 1982г.