Проектирование насосной станции для магистрального нефтепровода

     В соответствии с этим назначением  резервуарными парками оборудуют головные нефтеперекачивающие станции, некоторые из промежуточных станций, а также нефтебазы в конце нефтепровода. Основным насосным оборудованием вновь строящихся и находящихся в эксплуатации нефтепроводов являются центробежные нефтяные магистральные и подпорные насосы.

 

Привод  насосов.

     Обратимся теперь к устройствам, которые обеспечивают вращение вала рабочего колеса центробежного нагнетателя. Как уже говорилось, такие устройства называют приводом насоса. В качестве привода к основным и подпорным насосам используются преимущественно асинхронные и синхронные электродвигатели высокого напряжения.

     В условиях постоянно изменяющегося  уровня загрузки трубопроводных систем целесообразно использовать регулируемые приводы насосных агрегатов. Путем регулирования числа оборотов рабочего колеса нагнетателя удается плавно менять его гидравлические и энергетические характеристики, подстраивая работу насоса к изменяющимся нагрузкам.

     Регулированию поддаются электродвигатели как  постоянного, так и переменного тока. Двигатели постоянного тока позволяют осуществлять регулирование числа оборотов простым изменением сопротивления (например, введением реостата в цепь ротора двигателя), однако у таких двигателей диапазон регулирования сравнительно узок. Двигатели переменного тока допускают регулирование числа оборотов путем изменения частоты питающего тока (с промышленной частоты 50 Гц до большего или меньшего значения в зависимости от того, требуется увеличить число оборотов вала ротора или уменьшить, соответственно). Технически такое регулирование осуществляется с помощью тиристорных преобразователей частоты.

     Из  других приводов к насосным агрегатам  в отдельных случаях используются газотурбинные двигатели. Чаще всего в качестве приводов используются газовые турбины авиационного типа мощностью от 1 до 25 кВт. Число оборотов силовой турбины, как правило, больше, чем у электродвигателя и лежит в пределах от 4500 до 7000 об/мин. Поскольку скорость вращения вала турбокомпрессора несколько больше (она составляет от 5000 до 12000 об/мин), между турбиной и насосом устанавливают редуктор, снижающий число оборотов. Регулирование числа оборотов газотурбинного привода достигается регулированием подачи топлива.

 

  Центробежные  магистральные насосы типа НМ.

  Магистральные насосы предназначены для транспортирования  по магистральным трубопроводам нефти и нефтепродуктов температурой до 80°С, кинематической вязкостью не более 3 см²/сек, содержащих не более 0,05 об % механических примесей.

  Центробежные  магистральные насосы типа НМ изготовляют  по ГОСТ 12124 - 66.

  Магистральные нефтяные насосы по конструкции делятся на две группы: секционные и спиральные. Насосы с подачей до 1250 м³/ч — секционные многоступенчатые; с подачей 1250 м³/ч и выше — спиральные одноступенчатые.

  Подпорные нефтяные насосы, предназначенные для  перекачивания нефти от емкостей к магистральным насосам, создают необходимый подпор для обеспечения бескавитационной работы магистральных насосов. Подпорные насосы работают по параллельной схеме.

  Насосы  — центробежные спиральные горизонтальные. Состоят из корпуса, ротора, узлов торцовых уплотнений и подшипниковых опор.

  Корпус  насоса литой; имеет горизонтальный разъем. Всасывающий и напорный патрубки расположены горизонтально в нижней части корпуса, что позволяет разбирать насос без демонтажа основных трубопроводов.

  Ротор представляет собой самостоятельный  узел; состоит из вала, рабочего колеса и втулок. Рабочее колесо — сварно-литое, двустороннего входа.

  Опорами ротора служат подшипники скольжения с принудительной смазкой. Концевые уплотнения ротора — торцового типа, рассчитанные на давление до 25 кГ/см².

  Корпус  насоса рассчитан на рабочее давление до 64 кГ/см², что обеспечивает возможность последовательного соединения трех одновременно работающих насосов на нефтеперекачивающей станции,

  Направление вращения ротора — по часовой стрелке, если смотреть со стороны электродвигателя.

  Привод  насоса — от электродвигателя через зубчатую муфту. Насос и электродвигатель устанавливают на отдельных фундаментных рамах. 

Рис. 1  Нефтяной магистральный спиральный насос

1-зубчатая муфта, 2-опорный подшипник, 3-торцевое уплотнение, 4-рабочее колесо, 5-крышка насоса, 6-вал, 7-шарикоподшипник, 8-корпус насоса. 
 
 

 

  Изменение насосных характеристик.

     При выборе насосов для перекачки  нефти может возникнуть необходимость в изменении гидравлических характеристик насосов. Как правило, эти изменения осуществляют путем замены рабочего колеса насоса рабочим колесом другого (большего или меньшего) диаметра, изменением числа оборотов рабочего колеса нагнетателя насоса (насосов) или перепуском части нефти из линии нагнетания в линию всасывания.

Изменение характеристик методом  перепуска.

     Характеристику  центробежного нагнетателя можно изменять методом перепуска. При перепуске часть нефти из линии нагнетания (линии высокого давления) возвращается по байпасу обратно в линию всасывания (линию низкого давления). Обозначив через расход нефти, возвращаемой из линии нагнетания в линию всасывания, получим, что подача насоса увеличится и станет равной Q+

     Тогда  (Q — Н) - характеристику   насоса   можно   представить   в следующем виде:

     

     Нетрудно  заметить, что график измененной характеристики насоса лежит ниже графика исходной характеристики того же насоса.

Замена  рабочего колеса.

При замене рабочего колеса центробежного нагнетателя Q-H - характеристика насоса изменяется. Если первоначальный диаметр рабочего колеса был , а характеристика имела вид:  

, то после замены рабочего колеса на колесо с диаметром его рабочая характеристика будет иметь вид: 

т.е. график, изображающий характеристику насоса, растягивается вдоль оси напоров в раз и вдоль оси расходов — в раз.  
 

Изменение числа оборотов ворота нагнетателя.

     При изменении частоты вращения рабочего колеса центробежного нагнетателя (О—Н)-характеристика насоса тоже изменяется. Если номинальная частота вращения ротора составляла об/мин, а измененная частота вращения составляет , об/мин, то новая рабочая характеристика насоса будет иметь вид: т.е. график, изображающий характеристику насоса, растягивается вдоль оси напоров в раз и вдоль оси расходов — в раз. В частности, если  
, то после изменения числа оборотов рабочая характеристика центробежного насоса приобретает следующий вид (см. сделанное выше пояснение):

       
 
 

 

 

Проектирование  насосной станции  для магистрального нефтепровода

Исходные  данные:

Сортамент  трубопровода

Плотность нефти 

Вязкость нефти  в летний период

Вязкость нефти  в зимний период

Длина трубопровода

Скорость нефти  в трубопроводе

Абсолютная шероховатость 

Подпор в начале участка 

Подпор в конце  участка 

Разность высотных отметок в конце и начале участка  

Порядок расчета:

1. Построение характеристики трубопровода по формуле Дарси-Вейсбаха   учитывая разность высотных отметок в конце и начале участка

Относительная шероховатость

Проверяем границы  режима

 

Если  (переходный режим течения), то

Коэффициент перемежаемости

Если  (зона гидравлически гладких труб), то

Зависимость расхода и потерь напора на участке  трубопровода от скорости потока в зимний и летний период.

зима
лето

 

2.  Выбор насосного  агрегата

По каталогу выбираем ЦБН типа НМ 10000-210 на подачу 5000   с характеристиками   и .

Строим номинальную  характеристику насоса по этим значениям  учитывая начальный подпор

,

Так как 

3.  Адаптация насосного агрегата к условиям перекачки

С помощью подрезки колеса подводим характеристику насосного  агрегата к условиям перекачки.

При перекачке  в зимний период

  (подрезка на 6,2%)

При перекачке  в летний период

(подрезка  на 7,4%) 
 

Q-H характеристики  насоса типа НМ 5000-210 при различных режимах

Q-H Зима		Q-H (номин)		Q-H Лето
расход	напор	Расход	напор	расход	напор
0	299,263858	0	332	0	293,393
50	299,257358	50	331,994	50	293,386
100	299,237858	100	331,974	100	293,367
150	299,205358	150	331,942	150	293,334
200	299,159858	200	331,896	200	293,289
250	299,101358	250	331,838	250	293,23
300	299,029858	300	331,766	300	293,159
350	298,945358	350	331,682	350	293,074
400	298,847858	400	331,584	400	292,977
450	298,737358	450	331,474	450	292,866
500	298,613858	500	331,35	500	292,743
550	298,477358	550	331,214	550	292,606
600	298,327858	600	331,064	600	292,457
650	298,165358	650	330,902	650	292,294
700	297,989858	700	330,726	700	292,119
750	297,801358	750	330,538	750	291,93
800	297,599858	800	330,336	800	291,729
850	297,385358	850	330,122	850	291,514
900	297,157858	900	329,894	900	291,287
950	296,917358	950	329,654	950	291,046
1000	296,663858	1000	329,4	1000	290,793
1050	296,397358	1050	329,134	1050	290,526
1100	296,117858	1100	328,854	1100	290,247
1150	295,825358	1150	328,562	1150	289,954
1200	295,519858	1200	328,256	1200	289,649
1250	295,201358	1250	327,938	1250	289,33
1300	294,869858	1300	327,606	1300	288,999
1350	294,525358	1350	327,262	1350	288,654
1400	294,167858	1400	326,904	1400	288,297
1450	293,797358	1450	326,534	1450	287,926
1500	293,413858	1500	326,15	1500	287,543
1550	293,017358	1550	325,754	1550	287,146
1600	292,607858	1600	325,344	1600	286,737
1650	292,185358	1650	324,922	1650	286,314
1700	291,749858	1700	324,486	1700	285,879
1750	291,301358	1750	324,038	1750	285,43
1800	290,839858	1800	323,576	1800	284,969
1850	290,365358	1850	323,102	1850	284,494
1900	289,877858	1900	322,614	1900	284,007
1950	289,377358	1950	322,114	1950	283,506
2000	288,863858	2000	321,6	2000	282,993
2050	288,337358	2050	321,074	2050	282,466
2100	287,797858	2100	320,534	2100	281,927
2150	287,245358	2150	319,982	2150	281,374
2200	286,679858	2200	319,416	2200	280,809
2250	286,101358	2250	318,838	2250	280,23
2300	285,509858	2300	318,246	2300	279,639
2350	284,905358	2350	317,642	2350	279,034
2400	284,287858	2400	317,024	2400	278,417
2450	283,657358	2450	316,394	2450	277,786
2500	283,013858	2500	315,75	2500	277,143
2550	282,357358	2550	315,094	2550	276,486
2600	281,687858	2600	314,424	2600	275,817
2650	281,005358	2650	313,742	2650	275,134
2700	280,309858	2700	313,046	2700	274,439
2750	279,601358	2750	312,338	2750	273,73
2800	278,879858	2800	311,616	2800	273,009
2850	278,145358	2850	310,882	2850	272,274
2900	277,397858	2900	310,134	2900	271,527
2950	276,637358	2950	309,374	2950	270,766
3000	275,863858	3000	308,6	3000	269,993
3050	275,077358	3050	307,814	3050	269,206
3100	274,277858	3100	307,014	3100	268,407
3150	273,465358	3150	306,202	3150	267,594
3200	272,639858	3200	305,376	3200	266,769
3250	271,801358	3250	304,538	3250	265,93
3300	270,949858	3300	303,686	3300	265,079
3350	270,085358	3350	302,822	3350	264,214
3400	269,207858	3400	301,944	3400	263,337
3450	268,317358	3450	301,054	3450	262,446
3500	267,413858	3500	300,15	3500	261,543
3550	266,497358	3550	299,234	3550	260,626
3600	265,567858	3600	298,304	3600	259,697
3650	264,625358	3650	297,362	3650	258,754
3700	263,669858	3700	296,406	3700	257,799
3750	262,701358	3750	295,438	3750	256,83
3800	261,719858	3800	294,456	3800	255,849
3850	260,725358	3850	293,462	3850	254,854
3900	259,717858	3900	292,454	3900	253,847
3950	258,697358	3950	291,434	3950	252,826
4000	257,663858	4000	290,4	4000	251,793
4050	256,617358	4050	289,354	4050	250,746
4100	255,557858	4100	288,294	4100	249,687
4150	254,485358	4150	287,222	4150	248,614
4200	253,399858	4200	286,136	4200	247,529
4250	252,301358	4250	285,038	4250	246,43
4300	251,189858	4300	283,926	4300	245,319
4350	250,065358	4350	282,802	4350	244,194
4400	248,927858	4400	281,664	4400	243,057
4450	247,777358	4450	280,514	4450	241,906
4500	246,613858	4500	279,35	4500	240,743
4550	245,437358	4550	278,174	4550	239,566
4600	244,247858	4600	276,984	4600	238,377
4650	243,045358	4650	275,782	4650	237,174
4700	241,829858	4700	274,566	4700	235,959
4750	240,601358	4750	273,338	4750	234,73
4800	239,359858	4800	272,096	4800	233,489
4850	238,105358	4850	270,842	4850	232,234
4900	236,837858	4900	269,574	4900	230,967
4950	235,557358	4950	268,294	4950	229,686
5000	234,263858	5000	267	5000	228,393
5050	232,957358	5050	265,694	5050	227,086
5100	231,637858	5100	264,374	5100	225,767
5150	230,305358	5150	263,042	5150	224,434
5200	228,959858	5200	261,696	5200	223,089
5250	227,601358	5250	260,338	5250	221,73
5300	226,229858	5300	258,966	5300	220,359
5350	224,845358	5350	257,582	5350	218,974
5400	223,447858	5400	256,184	5400	217,577
5450	222,037358	5450	254,774	5450	216,166
5500	220,613858	5500	253,35	5500	214,743
5550	219,177358	5550	251,914	5550	213,306
5600	217,727858	5600	250,464	5600	211,857
5650	216,265358	5650	249,002	5650	210,394
5700	214,789858	5700	247,526	5700	208,919
5750	213,301358	5750	246,038	5750	207,43
5800	211,799858	5800	244,536	5800	205,929
5850	210,285358	5850	243,022	5850	204,414
5900	208,757858	5900	241,494	5900	202,887
5950	207,217358	5950	239,954	5950	201,346
6000	205,663858	6000	238,4	6000	199,793
6050	204,097358	6050	236,834	6050	198,226
6100	202,517858	6100	235,254	6100	196,647
6150	200,925358	6150	233,662	6150	195,054
6200	199,319858	6200	232,056	6200	193,449
6250	197,701358	6250	230,438	6250	191,83
6300	196,069858	6300	228,806	6300	190,199
6350	194,425358	6350	227,162	6350	188,554
6400	192,767858	6400	225,504	6400	186,897
6450	191,097358	6450	223,834	6450	185,226
6500	189,413858	6500	222,15	6500	183,543
6550	187,717358	6550	220,454	6550	181,846
6600	186,007858	6600	218,744	6600	180,137
6650	184,285358	6650	217,022	6650	178,414
6700	182,549858	6700	215,286	6700	176,679
6750	180,801358	6750	213,538	6750	174,93
6800	179,039858	6800	211,776	6800	173,169
6850	177,265358	6850	210,002	6850	171,394
6900	175,477858	6900	208,214	6900	169,607
6950	173,677358	6950	206,414	6950	167,806
7000	171,863858	7000	204,6	7000	165,993
7050	170,037358	7050	202,774	7050	164,166
7100	168,197858	7100	200,934	7100	162,327
7150	166,345358	7150	199,082	7150	160,474
7200	164,479858	7200	197,216	7200	158,609
7250	162,601358	7250	195,338	7250	156,73
7300	160,709858	7300	193,446	7300	154,839
7350	158,805358	7350	191,542	7350	152,934
7400	156,887858	7400	189,624	7400	151,017
7450	154,957358	7450	187,694	7450	149,086
7500	153,013858	7500	185,75	7500	147,143
7550	151,057358	7550	183,794	7550	145,186
7600	149,087858	7600	181,824	7600	143,217
7650	147,105358	7650	179,842	7650	141,234
7700	145,109858	7700	177,846	7700	139,239
7750	143,101358	7750	175,838	7750	137,23
7800	141,079858	7800	173,816	7800	135,209
7850	139,045358	7850	171,782	7850	133,174
7900	136,997858	7900	169,734	7900	131,127
7950	134,937358	7950	167,674	7950	129,066
8000	132,863858	8000	165,6	8000	126,993
8050	130,777358	8050	163,514	8050	124,906
8100	128,677858	8100	161,414	8100	122,807