Выбор основного оборудования ГНПС магистрального нефтепровода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Домашняя работа по дисциплине:

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ

НАСОСНЫХ И КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ»

Практическое занятие №3

Регулирование режимов работы ГНПС

Домашнее задание и практическое занятие № 1. Вариант 29.

Выбор основного оборудования ГНПС магистрального нефтепровода

Выполнил: Студент гр. ЗПС 529 Михайлов П.Ю.

Проверил: д.т.н., проф. Калекин В.С.

Омск 2013



Целью работы является выбор насосно-силовых агрегатов основной и подпорной станций ГНПС.

Исходными данными для выполнения работы являются:

G =27млн.т/г - производительность нефтепровода;

L =185км - длина нефтепровода;

Z=18м - разность геодезических отметок конца и начала нефтепровода;

Р₁=0,3МПа - давление на входе;

Z_Р=18м, Z_П=13м и Z_О=16м - геодезическая отметка соответственно резервуарного парка, подпорной и основной станции;

h_ВС = 10 м - внутристанционные потери на линии всасывания;

h_ВН = 15 м - внутристанционные потери на линии нагнетания;

h_ВП и h_НП - потери напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводах подпорной станции;

h_о =1м- минимальная высота взлива в резервуаре;

р_s - характеристики перекачиваемой нефти (табл.1);

t =10С⁰- температура перекачки;

р_s=66500 Па давление насыщенных паров перекачиваемой нефти.

Таблица 1

Физико- химические свойства нефтей

Месторождение	с20, кг/м3	н20, сСт	н50, сСт
Южно-Балыкское	868	16,58	8,53

Код	L, км	Z, м	Zр, м	Zп, м	, м
9	185	18	18	13	16

Работа выполняется в следующем порядке.

1. Найти наружный диаметр нефтепровода Д_н и рабочее давление в нем Р_раб (табл.2).

Таблица 2

Параметры магистральных трубопроводов

производительность млн.т/г	Диаметр наружный	Рабочее давление
		МПа	кгс/см2
15-27	820	5.5-5.9	56-60

2. Определить плотность нефти при температуре перекачки

,

где значение коэффициента выбирается в табл.3.

Таблица 3

кг/м³

3. Определить вязкость нефти при температуре перекачки

,

где: н₀ - вязкость при температуре t₀ = 20 или 50⁰С,

а К - эмпирический коэффициент, равный

.

4. Вычислить расчетную и максимальную подачу ГНПС

и ,

где расчетное число рабочих дней значение N выбирается в табл.4.

Таблица 4

т/ч =3602м³/ч

k_П - коэффициент резерва пропускной способности нефтепровода, определяемый в зависимости от его назначения и для МН равный 1,05 ч 1,1.

т/ч=3962 м³/ч

По найденным значениям Q и Q_max выбирается такой насос типа НМ с номинальной подачей Q_НОМ., чтобы выполнялись условия Q>0,8Q_НОМ и Q_max<1,2Q_НОМ. В этом случае перекачка нефти будет производиться в рабочей зоне подач насоса, соответствующей max значениям его КПД.

Выбрать основные насосы, схему их соединения и их число. Найти напор насосов по верхнему и нижнему роторам для расчетной подачи (приложение).

Насос - НМ3600-230;

исполнение ротора - 1;

число ступеней - 1;

подача - 3600м³/ч, 1,0м³/с;

напор - 240м;

доп. кав. запас - 40;

частота вращения - 50 об/с, 3000об/мин;

диаметр рабочего колеса - 450мм;

ширина лопатками рабочего колеса - 41мм;

коэффициент быстроходности - 127.

Максимально допустимое давление для этих насосов - 7,4 МПа и они соединяются последовательно в количестве двух рабочих и одном резервном.

4.1 Пересчет характеристик насоса с воды на нефть.

Пересчет необходим, если:

где: н_п -критическое значение вязкости (м²/с) перекачиваемой жидкости при превышении которой необходим пересчет напора и подачи НМ;

н - вязкость нефти при температуре перекачки -16,58·10^-6 м²/с

н_доп - максимально допустимая вязкость нефти при которой насос способен вести перекачку -3·10^-4 м²/с для определения н_п нужно определить Re_п переходное число Рейнольдса

где: n_s коэф. быстроходности насоса в режиме максимального КПД.

n - число оборотов рабочего колеса об/мин;

Q_опт, Н_опт-подача и напор при работе насоса с максимальным КПД;

n_вс, n_к число ступеней насоса и сторон всасывания рабочего колеса.

т.к. н_п>н пересчет характеристик не требуется.

5. Определить напор на выходе ГНПС

Н_НС=Н_П+n_НН_Н-h_BH

где: Н_П - напор в линии всасывания основной станции

n_Н - количество магистральных насосов на станции = 2шт;

Н_Н - напор насоса = 240м;

h_ВН - внутристанционные потери на линии нагнетания = 15 м;

6. Определить рабочее давление в трубопроводе.

,

Сравниваем эти давления с рекомендуемым: Р_т < Р_раб

Выбираем рабочее давление: Р_н=5,5МПа;

исполнение ротора основного насоса -1,0;

значение напора Н_НС=240м.

7. Выбрать марку стали с учетом значения Д_н=820мм - 13Г2АФ определить толщину стенки трубы при давлении Р_т=5,5МПа:

,

где - расчетное сопротивление растяжения металла труб;

- нормативное сопротивление растяжению или сжатию металла труб, принимаемое равным ;

m - коэффициент условий работы трубопровода;

Принять: n₁ = 1,1 ч 1,15; m = 0,9; k₁ = 1,41; k_Н = 1,0 ч 1,05.

Принять ближайшее большее по сортаменту значение для выбранной марки стали: сталь 13Г2АФ, .

Найти внутренний диаметр трубы

.

Определить число Рейнольдса и вычислить коэффициент гидравлического сопротивления

8. Рассчитать потери на трение в нефтепроводе.

Потери в круглых трубопроводах, работающих полным сечением, вычисляют по формуле Дарси-Вейсбаха:

где -- безразмерный коэффициент, называемый коэффициентом гидравлического трения ( коэффициентом Дарси). Величина коэффициента характеризует гидравлическое сопротивление трубопровода и зависит в общем случае от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости ?_э, D_Г внутренний (гидравлический) диаметр трубопровода,

l,-- длина трубопровода;

х -- средняя скорость движения потока жидкости.

Коэффициент гидравлического трения при ламинарном режиме

где щ - живое сечение (мІ) (площадь поперечного сечения потока, перпендикулярную к направлению течения).

9. Определить полные потери напора в трубопроводе

Н=1,02h_ТР+Z+Н_к

10. Сравнить значения напора станции Н_НС и требуемого напора Н и сделать вывод о необходимости регулирования напорной характеристики станции.

11. Вычислить всасывающую способность основного насоса

,

где Н_S - допустимая высота всасывания насоса,

Р_а - атмосферное давление 101325Па,

Дh_доп.н - допустимый кавитационный запас для нефти,

_ВХ - скорость потока во входном патрубке насоса.

,

Диаметр входного патрубка насосов приводится в табл.9.

Таблица 9

12. Вычислить допустимое рабочее давление в нефтепроводе

13. Проверить правильность выбора основных насосов по условиям сохранения прочности корпуса насоса и трубопровода:

и .

и .

14. Определить требуемую мощность приводных электродвигателей основных насосов по формуле

где k - коэффициент запаса мощности, равный 1,15 при N_ном < 500кВт т 1,1 при N_ном > 500 кВт;

з_д - КПД двигателя;

з_H - КПД насоса, соответствующий Q_max и пересчитанный на нефть.

При невыполнении условия N_дв N_ном необходимо выбрать двигатель с большей мощностью и с такой же частотой вращения ротора. Выбор двигателя с другой частотой потребует пересчета характеристик на новую частоту и повторной проверки правильности выбора насосов.

N_дв.н=1,1

и подобрать приводные электродвигатели (табл.1013):

Тип электродвигателя СТДП1600-2УХЛ4;

мощность 1600кВт;

частота вращения 3000об/мин;

напряжение 6000/10000В;

масса 7630кг.

Практическое занятие № 3

Целью работы является:

1) расчет режима работы ГНПС при различных методах регулирования;

2) выбор наиболее эффективного метода регулирования.

Исходными данными для выполнения работы являются результаты расчетов на практическом занятии № 1:

1) плотность перекачиваемой нефти кг/м³;

2) расчетная подача станции Q=3602 м³/ч;

3) количество, диаметр рабочего колеса, число оборотов, напор и коэффициент быстроходности насосов: n_н=2,

Д_2н=0,45,

n_он=50/3000,

Н_н=240,

n_s=177,52;

4) напор на выходе станции Н_нс=499,96;

5) кпд насосов при расчетной подаче _н =0,84;

6) номинальный кпд электродвигателей _дн=0,95;

7) внутристанционные потери на линии нагнетания h_ВН = 15 м;

8) всасывающая способность основных насосов H_с =1,06м.

Работа выполняется в следующем порядке:

1. Вычислить мощность, потребляемую электродвигателями станции до регулирования

2. Определить аппроксимационные коэффициенты напорных характеристик основного насоса

Н_н=а_н-в_нQ² - (2)

по формулам:

,

где индекс «1» используется для обозначения параметров Q и Н при расчетной подаче нефтепровода, а индекс «2» - при подаче Q= 0,8Q_ном или Q=1,2Q_ном.

Н_н=299,31-64,87=234,43м

3. Определить аппроксимационные коэффициенты напорной характеристики станции Н_с=а_с-в_сQ² - (3) по формулам

а_с= n_на_н=2·299,31=598,62 и ,

где n_н - количество основных насосов.

Н_с=598,62- ·3602²=468,88м

4. Напор на выходе станции при расчетной подаче Н_НС=499,96м и излишний напор станции Н

Н=Н_нс-Н_с=

5. Рассчитать режим работы станции при регулировании методом обточки рабочих колес.

5.1. Определить напор основного насоса, при котором напор на выходе станции равен требуемому

Н_нр=(Н- h_вн)/n_н.

Н_нр= 468,88-15/2=226,94м.

5.2. Вычислить диаметр рабочего колеса основного насоса после обточки

,

где Н_н=Н_н-Н_нр=240-226,96=13,06

5.3. Установить допустимость требуемой обточки колес, учитывая выбор ротора насоса (нижний или верхний).

5.4. Вычислить значения аппроксимационных коэффициентов напорных характеристик насосов и станции после обточки колес

Н_нр=а_нр-в_нQ² - (5) и

Н_ср=а_ср-в_сQ² - (6), учитывая, что

а_нр=а_н

а_ср= n_На_НР=585,34

5.6. Построить графики функций по выражениям (1)(6) для рабочей зоны подач (0,81,2)Q_ном, на которые нанести рабочие точки до и после регулирования с учетом потерь h_ВН.

5.7. Найти мощность, потребляемую электродвигателями станции при обточке колес подпорных или основных насосов

или

6. Рассчитать режим работы станции при изменении частоты вращения роторов, учитывая, что параметры работы насосов при этом изменяются также, как и при обточке рабочих колес.

6.1. Вычислить частоту вращения роторов основных насосов.

6.2. Установить требуемый диапазон регулирования частоты вращения и подобрать электродвигатели насосов требуемой мощности с необходимым диапазоном регулирования.

Тип электродвигателя СТДП2000-2УХЛ4;

6.3. Принять потребляемую мощность при изменении частоты вращения основных насосов N_ПОТР.4=N_ПОТР.2=1,73МВт.

7. Рассчитать режим работы станции при регулировании методом байпасирования.

7.1. Определить расход нефти, перепускаемой по байпасу, необходимый для уменьшения напора станции на Н.

7.2. Построить графики функций по выражениям (1)(3) для зоны подач 0,8Q_ном(1,2Q_НОМ+q), на которые нанести рабочие точки до и после регулирования.

7.3. Вычислить напор насосов и станции после регулирования при большей подаче

,

7.4. Найти мощность, потребляемую электродвигателями при байпасировании, уточнив значения и при большей подаче

8. Рассчитать режим работы станции при регулировании методом дросселирования.

8.1. Построить графики функций по выражениям (1) (3) для зоны подач (0,81,2)Q_ном, на которые нанести рабочие точки до и после регулирования с учетом потерь h_ВН.

8.2. Найти мощность, потребляемую электродвигателями при дросселировании.

станция нефть трубопровод насосный

9. Провести анализ полученных результатов.

9.1. Выбрать возможные из рассмотренных методы регулирования.

9.2. Сравнить потребляемую мощность при возможных методах регулирования и выбрать наиболее эффективный.

Потребляемая мощность при обточке рабочего колеса и изменении частоты вращения ротора одинакова, но прогрессивным и экономичным методом, позволяющим полностью исключить обточку рабочих колес насосов, является изменение частоты вращения ротора.

Размещено на Allbest.ru