Проектирование насосной станции

Нефть и нефтепродукты от мест добычи к местам переработки и от мест переработки к местам потребления транспортируются по трубопроводам. Трубопроводы для перекачки нефти называются нефтепроводами. Транспортировка нефти и нефтепродуктов по трубопроводам производится вследствие создания в начальном и нескольких промежуточных пунктах повышенного давления перекачиваемого продукта.

Энергия повышенного давления расходуется на преодоление сопротивления движению жидкости, и давление по длине трубопровода снижается, что приводит к уменьшению весового расхода жидкости.

Чтобы обеспечить необходимую пропускную способность трубопровода при транспортировке нефти или нефтепродуктов на дальние расстояния, сооружают перекачивающие станции, на которых давление транспортируемого продукта поднимают до расчетных значений. На магистральных нефтепроводах такие станции называют насосными (НС).

Таким образом, насосные станции являются движителями, с помощью которых нефть или нефтепродукты приводятся в движение в трубопроводе в нужном направлении и на необходимое расстояние

По местоположению различают головные и промежуточные НС. Головные станции сооружаются в начале трубопровода и предназначаются для приема газа или нефти с месторождения, необходимой их очистки и повышения давления перекачиваемого продукта до расчетного, или, иначе, до рабочего давления в магистральном трубопроводе. Промежуточные станции сооружаются между начальной и конечной точками трубопровода и предназначаются для поддержания давления на участках магистрального трубопровода между двумя станциями.

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», СНБ 3.02.01−98 «Склады нефти и нефтепродуктов» и т. д.

Задание для курсового проекта

1. Определение плотности, вязкости и давления насыщенных паров перекачиваемой жидкости

Расчетные свойства перекачиваемой жидкости вычислим в соответствии с заданной температурой грунта Т_гр = 19 °C + 273 = 292°К.

1.1 Расчет плотности

Изменение плотности перекачиваемой жидкости вследствие изменения температуры T рассчитаем по формуле Д. И. Менделеева.

где с_T — плотность при температуре Т;

с₂₉₃ — плотность при температурах 293 °К (860 кг/м³);

о — температурная поправка = 0,686

1.2 Расчет вязкости

Вязкость ДЗЛ при Т = 292 °К

Воспользуемся формулой Рейнольдса-Филонова и определим кинематическую вязкость:

где u — коэффициент вискограммы, 1/К;

1.3 Расчёт давления насыщенных паров

Давление насыщенных паров

2. Подбор насосного оборудования магистральных насосных станций

Зная параметры перекачиваемой жидкости при расчетной температуре, определим расчетную часовую пропускную способность трубопровода по формуле:

2.1 По рекомендуемым параметрам подачи из таблицы выбираем наружный диаметр трубопровода и толщину стенки

Вычисляем внутренний диаметр трубопровода по формуле:

На основании полученных расчетов определяем секундный расход:

3. Определение потерь напора в трубопроводе

Для определения потерь напора в трубопроводе воспользуемся формулой Лейбензона:

Значение коэффициента гидравлического сопротивления зависит от режима движения жидкости, который характеризуется числом Рейнольдса:

Для определения режима течения продукта по трубопроводу найдем значения переходных чисел Рейнольдса по формулам:

где — относительная шероховатость труб,

D_вн — внутренний диаметр трубы,

K_Э=0,15 мм — шероховатость.

Т.к. Re_I <Re<Re_II, значит режим движения жидкости — турбулентный, зона смешенного трения.

Рассчитаем потери в сети:

где в = 0,6 817 с²/м и m = 0,123 — поправочные коэффициенты в формуле Лейбензона для зоны смешенного трения.

4. Выбор магистральных насосов

Исходя из заданных (подача) и полученных (потери напора) параметров, подберем магистральные насосы типа НМ. Выбираем 2 насоса НМ 1250−260, подключенных последовательно. Причем 2 являются работающими, а один резервным.

Произведем проверку необходимости перерасчета характеристик насоса по РД 39−30−990−81.

Определяем число Re для потока перекачиваемой жидкости по формуле:

где n — частота вращения ротора насоса, об/с; D₀ — наружный диаметр рабочего колеса, м (D₀ =0,44 м); V_р -коэффициент кинематической вязкости, м²/с.

Определяют переходное число Re_п, в зависимости от n_S

Т.к. для насоса Re>Re_П, то пересчета не требуется, характеристика насоса будет такая же, как и на воде.

5. Определение режима работы насосной станции

Напорная характеристика H_сети-Q трубопровода описывается уравнением:

Напорная характеристика H-Q двух последовательно подключенных магистральных насосов описывается уравнениями:

а) Напор

.

Для насоса НМ 1250−260 n=2

a = 316,8 ч/м² ,

b = 41,9•10^-6 ч²/м⁵.

б) КПД Для НМ 1250−260 максимальный КПД — 83%. Q_H = 1250 м³/ч.

Характеристика работы 2х насосов НМ 1250−260 на воде последовательно

Определим графически рабочий режим НПС. Для этого характеристику выбранного насоса представим графически в выбранном масштабе. В таком же масштабе построим характеристику магистрали. Точка пересечения напорной характеристики насоса и магистрали и определит рабочий режим станции.

насосный оборудование станция трубопровод Для этого развернём их характеристики:

Определив значения вточке пересечения напорной характеристики насоса и магистрали получили:

Q_A=1348 м³/час,

Н_А=405 м .

Определим мощность электродвигателя для привода насоса

Выбираем марку электродвигателя

Характеристика двигателя

6. Подбор подпорного насоса

Для создания на входе основного насоса напора, необходимого для безкавитационной работы, устанавливаем подпорный насос.

Для насоса НМ 1250−260 имеем:

?h = 20 м — допустимый кавитационный запас.

Пересчитаем с учётом другой жидкости:

Для обеспечения заданного расхода основного насоса выбираем три подпорных насоса типа: 12НД_сН. Причем 2 являются работающим, а один резервным.

Пересчитаем допустимый кавитационный запас для подпорного насоса:

Пересчитаем работу насоса на нефть. Определим число Рейнольдса по формуле:

где nчастота вращения ротора насоса, об/сек;

D₀— наружный диаметр рабочего колеса, м;

н_р -коэффициент кинематической вязкости, м²/с.

Определяем переходное число Re_n в зависимости от :

Т.к Re>Reп, то пересчета не требуется.

7. Подбор резервуаров и дыхательных клапанов

На линейных производственно-диспетчерских нефтеперекачивающих станциях должен быть резервуарный парк, объем которого рассчитывается с учетом двухсуточного запаса перекачиваемого продукта.

Суммарный объем резервуарного парка :

Таким образом, выбираем резервуары типа:

Подбор дыхательных клапанов для стальных резервуаров.

1) РВС 20 000: Поскольку резервуар со стационарной крышей (без понтона), а давление насыщенных паров хранимой нефти

свыше 26,6 кПа, то на резервуаре должны быть установлены дыхательные и предохранительные клапаны с огневыми предохранителями.

а) пропускная способность по внутреннему давлению:

б) пропускная способность по вакууму:

Из двух значений выбираем большее и увеличиваем его на 15%, то есть:

Выбираем 2 дыхательных клапана КДС — 3000, 1 — КДС — 1000.

2) РВС 10 000: Поскольку резервуар со стационарной крышей (без понтона), а давление насыщенных паров хранимой нефти

свыше 26,6 кПа, то на резервуаре должны быть установлены дыхательные и предохранительные клапаны с огневыми предохранителями.

а) пропускная способность по внутреннему давлению:

б) пропускная способность по вакууму:

Из двух значений выбираем большее и увеличиваем его на 15%, то есть:

Выбираем 3 дыхательных клапана КДС — 1500.

3) РВС 2000: Поскольку резервуар со стационарной крышей (без понтона), а давление насыщенных паров хранимой нефти

свыше 26,6 кПа, то на резервуаре должны быть установлены дыхательные и предохранительные клапаны с огневыми предохранителями.

а) пропускная способность по внутреннему давлению:

б) пропускная способность по вакууму:

Из двух значений выбираем большее и увеличиваем его на 15%, то есть:

Выбираем 3 дыхательных клапана КДС — 1500.

8. Вспомогательные системы насосной станции

1. Система разгрузки торцовых уплотнений.

Состояния уплотнений определяет ресурсы работы, надёжность и уровень автоматизации нагнетателя. В основу классификации уплотнительных устройств положен главный конструктивный признак механизм создания гидравлического сопротивления.

Торцевое уплотнение обладает следующими преимуществами:

— способны работать при большой частоте вращения и высоком давлении (до 4 МПа);

-не требует постоянного обслуживания;

-обладают высоким сроком службы;

-капельные утечки не значительны;

-большая виброустойчивость и т. д.

Существуют две схемы разгрузки торцевых уплотнений:

-групповая;

-индивидуальная;

Недостатками групповой является снижения КПД станции из-за значительной величины перетока жидкости по линии разгрузки. Переток жидкости зависит от количества работы агрегатов, напоров, состояния щелевых уплотнений.

Индивидуальная схема охлаждения основано на перетоке части жидкости под действием перепада динамического напора и во всасывании полости рабочего колеса, при этом циркулирующая жидкость не влияет на объёмный КПД насоса. Постоянная циркуляция обеспечивает необходимое охлаждение, при такой схеме используют импеллер, что позволяет избежать утечек.

Устройства, уплотняющие выход вала насоса из корпуса, как в процессе работы, так и при остановках агрегатов, находятся под воздействием динамического или статического напора. В основных насосах. Перекачивающих нефтепродукты, величина напора в камерах уплотнений колеблется от двух-трех десятков до 700800 м.

2. Система сбора утечек.

Основные и подпорные насосы перекачивающих станций снабжены сальниковым и торцевым уплотнением. Конструкция уплотнения не исключает небольшой утечки нефтепродукта, предназначенного для смазки и

охлаждения трущихся поверхностей. Поэтому предусматривается сбор утечек. Нефтепродукт собирают в резервуар-сборник.

Большая утечка происходит через линии разгрузки концевых уплотнений. Утечки из линии разгрузки 2 основного или подпорного насоса 1 (рис.IV.2.1.)поступают в резервуар, сборник утечек 5. Периодически из резервуара утечек нефтепродукт закачивают насосами 4 в приемный коллектор основных или подпорных насосов 3.

рис. 2.1. Схема сбора утечек.

3. централизованная система смазки и охлаждения подшипников.

Система смазки насосного оборудования магистральных трубопроводов — принудительная. Смазка производится по схеме (рис. 3.1) следующим образом: масло шестерным насосом 1 закачивается в резервуар 2. Из резервуара основным насосом 3 масло прокачивается через фильтры 4, маслоохладитель 5 и подается в узлы смазки, откуда возвращается в емкость 2. Отработанное масло из емкости 2 собирается насосом 6 и подается в емкость 7.

Рис. 3.1. принципиальная схема системы смазки насосно-силовых агрегатов перекачивающих станций

Маслофильтр состоит из двух одинаковых фильтрующих патрубков, которые включены в систему через трехходовые экраны. Краны позволяют пропускать масло либо через один фильтр, либо через оба, что позволяет сменять фильтр сетки без остановки агрегата. Степень засорения фильтрующих сеток контролируется манометрами, установленными до и после сеток.

Маслоохладитель — представляет собой трубчатый теплообменник. Вода циркулирует по решетке из латунных трубок, масло по межтрубному пространству. В верхней части маслоохладителя имеется 2 крана для спуска воздуха из камер: масляной и водяной.

Система охлаждения (рис. 3.2.). Охлаждение уплотнений и подшипников основных насосов 1, подшипников промежуточного вала 2, маслоохладителя 6, подшипников и воздухоохладителя электродвигателя 3 осуществляется холодной водой, подаваемой из градирни 4 водяными насосами 5 в нагнетательную линию 7. Отработавшая (нагревшаяся) вода по линии 8 поступает в градирню для охлаждения.

Рис. 3.2. Принципиальная схема системы охлаждения насосно-силовых агрегатов.

4. система регулирования давления.

Система регулирования давления состоит из блока регуляторов давления. Блок регуляторов давления включает в себя регулирующие заслонки с участком трубопровода. Блок предназначен для поддержания необходимого рабочего давления в магистральном трубопроводе. Регулирующая заслонка используется для повышения гидравлического сопротивления путем изменения положения исполнительного органа в трубопроводе. Пропускная способность определяется номинальным диаметром заслонки. Допускаемый перепад до 2 МПа, рабочее давление 7,5 МПа, время открытия 20с, давление воздуха питания 0,6 МПа, расход воздуха питания на одно перемещение 0,3 м³.

Описание технологической схемы насосной станции.

Нефтепродукты (нефть) из предыдущей станции поступает в камеру приёма и пуска скребка и узел подключения промежуточной станции, откуда поступает в камеру фильтров, а затем в резервуарный парк, состоящий, в моём случае, из 5 резервуаров: 3*РВС — 20 000, 1*РВС — 10 000, 1*РВС — 2000. Из резервуарного парка нефть поступает на подпорные насосы типа 12НДсН, из насосного цеха откуда забирается основными насосами типа НМ1250−260, предварительно пройдя узел учёта нефти, после чего проходит камеру регулирования давления и выходит в магистраль.

Нефть от предыдущей станции поступает в резервуар, служащий буфером и одновременно откачивается из него.

Недостатки: Такая система перекачки не позволяет вести постоянный учет перекачки. Потери нефти от испарения велики вследствие усиленного перемешивания.