Определение напора станции

Дата: 2025-05-21; Просмотры: 23

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Ориентировочный требуемый напор станции рассчитывается по формуле:

где Δz – разность геодезических высот конца нагнетательного и начала всасывающего трубопроводов, м; h_к – максимальный напор в конце нагнетательного трубопровода, ориентировочно равный 40 м; h – подпор насосов станции, ориентировочно равный 50 м; H_н – потери напора на трение с учетом местных сопротивлений, м:

где m и β – показатели режимов течения; L – длина трубопровода, м; D_вн – внутренний диаметр трубопровода, м; ν – кинематическая вязкость, м²/с; δ – толщина стенки трубопровода, м; Q – объемный расход нефти м³/с.

Определим режим течения нефти в трубопроводе. Режим течения нефти зависит от числа Рейнольдса:

Определим граничные значения Re:

где е – абсолютная шероховатость трубопровода, принимаемая по [4] (0,0001) м.

Значение Re входит в интервал значений 2320< Re < Re₁ , что соответствует турбулентному режиму (зона Блазиуса) течения нефти в трубе. Тогда .

Подбор основного оборудования НС

Подбор основного оборудования проводится по характеристикам перекачиваемой жидкости (расчетным вязкости, температуре и давлению насыщенных паров), а также по требуемым подаче и напору станции.

Основным оборудованием станции являются насосы и приводящие их двигатели.

Подбор насосов

Выбор типа и марки насосов

Выбор типа и марки насосов производится по характеристикам перекачиваемой жидкости (вязкости, температуре, давлению насыщенных паров), требуемым подаче и напору.

На магистральных нефтепроводах транспорт нефти с температурой не выше 80ºС и вязкостью ниже 3∙10^-4м²/с осуществляется центробежными насосами. Среди центробежных магистральных насосов в настоящее время наиболее используемыми являются насосы серии НМ.

Основные насосы НПС соединяются последовательно, а значит, подбор насосов производится по подаче. Подача насосов должна равняться требуемой подаче станции.

Принимаются насосы, для которых Q_час (обязательно) и Q_{max час} (желательно) попадают в рабочую зону характеристик насосов [2, приложение 21]. Если этому условию удовлетворяют несколько насосов, выбирается тот, который обеспечивает требуемые Q_час и Q_{max час} при большем КПД и сменном роторе на меньшую подачу.

Подачи нашей станции Q_час (обязательно) и Q_{max час} (желательно) попадают в рабочую зону характеристик насосов следующих марок:

Выбираем насос марки – НМ 10000-210 (ротор 1.25; D₂ = 530 мм), так как он обеспечивает требуемые Q_час и Q_{max час} при большем КПД, Q_час и Q_{max час} входят в его рабочую зону.

Определение количества работающих насосов

Количество работающих насосов определяется по формуле:

где где Н_Н –­ напор одного насоса, м; H_нс – напор станции при её рабочей подаче, м.

Количество насосов округляется, обычно, в большую сторону.

Определяем число работающих насосов при производительности Q_max:

Количество насосов на насосной станции равно четырём (один резервный).

1.2.1. Определение диаметра рабочего колеса

Для обеспечения потребного напора станции Н_НПС необходимо определить требуемый напор одного насоса:

Определяем коэффициенты «а»и «b».

«a» и «b» - эмпирические коэффициенты, определяются по формуле:

где Q₁, Q₂ – производительности, взятые с Q – H характеристики насоса в пределах его рабочей зоны; H₁, H₂ – соответственно напоры при этих производительностях.

Для этого снимем с характеристики насоса значения напоров при разных производительностях входящих в рабочую зону насоса.

При Q₁ = 10000 м³/ч Н₁ = 280 м

Q₂ = 12000 м³/ч Н₂ = 245 м

Пересчёт характеристик насосов с

воды на нефть

При перекачке вязких жидкостей напор и подача на режиме максимального к.п.д. меньше, чем при работе на воде, так как увеличиваются потери на трение, а мощность возрастает главным образом из-за увеличения дисковых потерь. На основании чисто теоретических заключений невозможно определить характеристику насоса, перекачивающего вязкий нефтепродукт, даже если известна его характеристика при работе на воде.

Характеристику насоса, перекачивающего вязкие нефтепродукты, строят путем пересчета характеристик, построенных для воды, с учетом поправочных коэффициентов.

Значения поправочных коэффициентов k_Q, k_H, k_η определяют либо по графикам, либо по таблицам, путем интерполяции.

Число Рейнольдса, необходимое для определения поправочных коэффициентов, вычисляют по формуле:

где Q_ном ــ оптимальная подача насоса, м³/с; ν_t ــ кинематическая вязкость жидкости при температуре перекачки, (м²/с); D₂ - наружный диаметр рабочего колеса; b₂ - ширина лопатки рабочего колеса на наружном диаметре; ψ - коэффициент сжатия сечения каналов лопатки на выходе (ψ= 0,9 - 0,95).

По значению Re по графикам находятся коэффициенты пересчета.

При Re > 7·10⁴ коэффициенты k_Q и k_H мало отличается от единицы, т.е. увеличение гидравлических потерь при пересчете с воды на нефть незначительно. Коэффициент k_η при этих значениях Re существенно отличается от единицы, что объясняется увеличением потерь на дисковое трение. И только при Re > 5·10⁴ значение k_η соответствует единице.

Тогда в нашем случае k_Q= k_H = k_η = 1 [7, таблица 2.18].

Следовательно, пересчет характеристик для Q, H и η не требуется.

Так как значения Q, H и η не изменяются в ходе пересчета, то мощностная характеристика Q – N не изменится.

Характеристика ∆h_доп.н - Q пересчитывается по формуле:

Δh_доп.н. = Δh_доп. – Н_t^кр. + Δh_ν =78 – 0,3855 + 0,31 = 77,9245 м

где ∆h_доп.н ــ допустимый кавитационный запас для нефтепродукта, м; ∆h_доп - допустимый кавитационный запас для воды, м; ∆H^кр_t ــ термодинамическая поправка, м; ∆h_ν ــ вязкостная поправка, м.

Найдем величину термодинамической поправки:

где P_S - давление насыщенных паров жидкости при максимальной температуре перекачки, МПа; ρ - плотность жидкости при максимальной температуре перекачки, т/м³.

Δh_ν = (4,5^{4,42 – lg Re})·V_вх²/2·g= (4,5^{4,42 – lg136932,3}) ·4,2²/2·9,81 = 0,31м

где Re - число Рейнольдса во входном патрубке насоса; ν_вх - скорость потока во входном патрубке насоса, м/с; g ــ ускорение свободного падения, м/с

².

где Q – подача насоса, м³/с; D_вх – диаметр входного патрубка насоса, м (по приложению 19[2] принимаем 1 м).

где ν_tmax – вязкость при максимальной температуре перекачки (м²/с).

Пересчет выполняем для трех – четырех подач из рабочей зоны характеристики насоса. Полученные данные сводим в таблицу.

Таблица 1

Сводная таблица пересчета характеристик насоса с воды на нефть.

Q, м3/ч	υвх, м/с	Re	∆hдоп, м	, м	, м	∆hдоп.н, м
10000	3,5	116185	60	0,24	0,3855	59,95
12000	4,2	137970	80	0,34	0,3855	79,95
12500	4,4	144194	83	0,38	0,3855	82,99

Подбо

р двигателя к насосам

Подбор двигателей для привода насосов проводится по мощности и частоте вращения вала насоса n_H и двигателя n_Д на основе технических характеристик двигателей. Мощность определим по формуле:

где N – требуемая мощность двигателя, МВт; k_з – коэффициент запаса, который равен 1,15 для электродвигателей мощностью менее 500 КВт и 1,1 для электродвигателей с большей мощностью; ρ – плотность перекачиваемой жидкости при расчетной температуре, кг/м³; Н_н – напор насоса при Q_мах, м; η_н – КПД насоса (принимаем по пересчитанной η – Q характеристике), соответствующий Q_мах; Q_мах – максимальная подача насоса, м³/с; η_д – КПД двигателя равный 0,977.

Для основного насоса частота вращения вала равна 3000 об/мин. Требуемая мощность равна:

С учетом всего вышеперечисленного для привода основного насоса выбираем двигатель СТДП-10000-2 с мощностью 10,0 КВт, частотой вращения 3000 об/мин( по Вайнштоку)

Проверка правильности выбора насосов по высоте всасывания

При работе центробежных насосов может возникнуть ситуация, когда давление в какой – либо области всасывающего тракта насоса оказывается равным или ниже давления насыщенных паров перекачиваемой жидкости. Это приводит к холодному вскипанию жидкости и вызывает кавитацию.

Чтобы исключить возникновение кавитации нужно иметь определенный подпор на входе в насос, который должен быть не меньше значения допустимой высоты всасывания данного насоса при заданных условиях перекачки.

Допустимая высота всасывания насоса определяется по формуле:

где H_s – допустимая высота всасывания насоса, м; P_а – давление атмосферное, Па (примем Р_а= 0,1013 МПа); P_s – давление насыщенных паров, Па; ρ – плотность перекачиваемое жидкости при максимальной температуре, кг/м³; V_вх – скорость жидкости во входном патрубке, м/с; g – ускорение свободного падения, м²/с; Δh_доп.н. – допустимый кавитационный запас для нефти (берем по пересчитанной Δh_доп.–Q характеристике для производительности Q_мах=2223м³/ч), м.

При Q_мах насос самовсасывающей способностью не обладает, ему требуется подпор величиной 73,41 м.