Подобрать основные и подпорные насосы для ГНПС нефтепровода производительностью G

Подбор оборудования производится по требуемым подаче и напору НС.
Расчетная часовая подача НС определяется по формуле:
Q=G24∙τ∙ρ
где G- производительность станции, т/год;
24 – число часов в сутках;
ρ- расчетная плотность жидкости, т/м3;
τ- количество рабочих дней станции в году (350 дней).
Q=18,5∙10624∙350∙0,85=2591,03 м3/ч
Максимальная часовая подача НС:
Qmax=Kn∙Q
где Kn-коэффициент, учитывающий резерв пропускной способности нефтепровода (подачи НС) на случай перераспределения потоков в системе нефтепроводов в процессе ее эксплуатации; для однотрубных (однониточных) нефтепроводов принимаем Kn=1,07.
Qmax=1,07∙2591,03=2772,4 м3/ч
Ориентировочный потребный напор может быть рассчитан по формуле:
Hнс=Hн+∆z+hк-h0
где Hн- потери напора на трение и местные сопротивления в нагнетательном трубопроводе при расчетных подачах и температурах, м;
∆z- разность геодезических отметок конца нагнетательного и начала всасывающего трубопроводов, м;
hк- потери напора в технологических объектах, следующих после нагнетательного трубопровода станции, для магистральных трубопроводов принимается равным 30 м с учетом потерь напора в коммуникациях парка;
h0- минимальный напор в начале всасывающего трубопровода; для стальных наземных резервуаров минимальный уровень взлива принимается равным 2,0 м.
Hнс=720+8+30-2=756 м
Последовательная схема соединения насосов диктует подбор основных насосов по подаче. Подача насосов должна равняться требуемой подаче станции. Выбираем насос НМ 3600-230 с характеристиками, представленными в таблице 2.
Таблица 2 – Технические характеристики НМ 3600-230
Параметр Значение
Подача, м³/ч 3600
Напор, м 230
Допускаемый кавитационный запас, м 30
Частота вращения, об/мин 3000
Мощность насоса, кВт 1600
КПД насоса, % 86
Подпорный насос подбирается по подаче и напору. Его подача должна равняться подаче выбранного основного насоса, напор примерно на 30 м больше допустимого кавитационного запаса основного насоса hдоп.
Выбираем насос НПВ 3600-90 с характеристиками, представленными в таблице 3.
Таблица 3 – Технические характеристики НПВ 3600-90
Параметр Значение
Подача, м³/ч 3600
Напор, м 90
Допускаемый кавитационный запас, м 5
Частота вращения, об/мин 1480
Мощность насоса, кВт 610
КПД насоса, % 80
Формулы для расчета параметров работы насоса на нефти Hν, Qν, ην по известным параметрам работы на воде Hв, Qв,ηв имеют следующий вид:
Hν=KHHв
Qν=KQQв
ην=Kηηв
гдеKH, KQ, Kη- коэффициенты пересчета соответственно напора, подачи и КПД насоса с воды на нефть.
В методике пересчета характеристик магистральных насосов в качестве параметра, характеризующего течение перекачиваемой жидкости в рабочем колесе, используется число Рейнольдса, считаемое по следующей зависимости:
Reн=nD22ν
где n- число оборотов ротора насоса, n=3000 об/мин;
D2- наружный диаметр рабочего колеса, м;
ν – вязкость нефти, м2/с.
При весьма больших числах Reн (а именно, при Reн≥Reп, где Reп- так называемое переходное число Рейнольдса для насоса данной конструкции) сила трения перестает зависеть от числа Reп, а зависит только от подачи Q.
Следовательно, при Reн≥Reп (Q – H) – характеристика насоса не зависит от вязкости перекачиваемой жидкости, а зависит только от диаметра и угловой скорости вращения рабочего колеса.
Таким образом, если Reн≥Reп (т≤п), то в пересчете (Q – H) – характеристики с воды на вязкую жидкость нет необходимости (коэффициенты Hν, Qν, ην не пересчитываются, т.к . соответствующие коэффициенты пересчета KH и KQ=1.
Однако если Reн<Reп т≤п характеристики центробежного нагнетателя, построенные на воде в=1 сСт, отличаются от характеристик нагнетателя, работающего на более вязкой жидкости (т.е. коэффициенты пересчитываются, так как KH и KQ<1).
Таким образом, пересчет характеристики H=f(Q) c воды на вязкую нефть необходим в том случае, когда величина Reн не превышает величину переходного числа Рейнольдса Reп, вычисляемого по формуле:
Reп=3,16∙105∙ns-0,305
гдеns- коэффициент быстроходности насоса на режиме максимального к.п.д., являющийся индивидуальной характеристикой насоса:
ns=3,65∙n∙QномKвс0,5HномKст0,75
где Qном, Hном- подача и напор при работе на воде с максимальным КПД;
n- частота вращения, об/мин;
Kвс, Kст- число соответственно сторон всасывания рабочего колеса и ступеней насоса.
В случае Reн<Reп, для вычисления коэффициентов пересчета напора KH, подачи KQ и к.п.д. Kη насоса с воды на вязкую нефть используются следующие формулы:
KH=1-0,128lgReпReнKQ=Kн1,5 Kη=1- αηlgReгрReн
где Reгр- граничное число Рейнольдса;
αη- поправочный коэффициент.
Величины Reгр и αη, так же как и Reп являются функцией от ns:
Reгр≈0,224∙105∙ns0,384
αη≈1,33∙105∙ns-0,326
Выполним расчеты для основного магистрального насоса:
Reн=3000∙0,45260∙15∙10-6=675000
ns=3,65∙3000∙320020,522010,75∙60=128
Reп=3,16∙105∙128-0,305=71943
Таким образом, Reн>Reп, следовательно,коэффициенты Hν, Qν, ην не пересчитываются. Характеристику Q – H также пересчитывать нет необходимости.
Проверим необходимость пересчета характеристик для подпорного насоса:
Reн=1500∙0,61260∙15∙10-6=620167
ns=3,65∙1500∙330020,510010,75∙60=118
Reп=3,16∙105∙118-0,305=73750
Таким образом, для подпорного насоса Reн>Reп, следовательно, коэффициенты Hν, Qν, ην также не пересчитываются.
Допустимый кавитационный запас насоса при перекачке нефти и нефтепродуктов вычисляется по формуле:
∆hдоп н=∆hдоп в-kh∆ht-∆hν
где ∆hдопв- допустимый кавитационный запас основного насоса при работе на воде в номинальном режиме;
kh- коэффициент запаса, kh=1,1…1,15;
∆ht, ∆hν- поправки соответственно на температуру и вязкость перекачиваемой жидкости.
∆ht=0,471∙hs0,45
∆hν=ξвх∙Vвх22g
где hs=Psρg- напор, соответствующий давлению насыщенных паров перекачиваемой жидкости, м;
Vвх- скорость жидкости во всасывающем патрубке основного насоса, м/с;
ξвх- коэффициент местного сопротивления на входе в основной насос, вычисляемый по формуле:
ξвх=16-13,1lgReвх-2,750,354при Reвх≤20000,1 при Reвх>20000
Vвх=QчSпр. вх=Qч∙4πDвх2
где Sпр.вс- площадь проходного сечения патрубка насоса, м2;
Dвх- внутренний диаметр всасывающего (приемного) патрубка насоса, м.
Для основного насоса число Рейнольдса на входе в насос Reвх рассчитываются по диаметру всасывающего патрубка насоса Dвх:
Reвх=VвхDвхν
Выполним расчеты согласно исходных данных по вышеприведенному алгоритму:
hs=410∙133,322850∙9,81=6,55 м
∆ht=0,471∙6,550,45=1,098 м
Vвх=4∙2591,033600∙3,14∙0,452=4,53 м/с
Reвх=4,53∙0,4515∙10-6=135900
ξвх=1
∆hν=1∙4,5322∙9,81=1,04 м
∆hдоп н=30-1,151,098-1,04=29,93 м
Всасывающая способность определяется по следующей зависимости:
Hs=Pa-Psρg-∆hдоп н-Vвх22g
где Hs- допустимая высота всасывания насоса, м;
Pa- атмосферное (барометрическое) давление, принимаемое равным 0,1013 МПа;
ρ- плотность жидкости при максимальной температуре перекачки, кг/м3.
Таким образом, всасывающая способность основного магистрального насоса равна:
Hs=101300-54600850∙9,81-29,93-4,5322∙9,81=-25,38 м
Так как Hs<0, то магистральному насосу требуется подпор величиной Hs=25,38 м.
Выполним расчет всасывающей способности подпорного насоса:
Vвх=4∙2591,033600∙3,14∙0,612=2,46 м/с
Reвх=2,46∙0,6115∙10-6=100040
ξвх=1
∆hν=1∙2,4622∙9,81=0,31 м
∆hдоп н=5-1,151,098-0,31=4,09 м
Hs=101300-54600850∙9,81-4,09-2,4622∙9,81=1,2 м
Подпорный насос обладает самовсасывающей способностью величиной Hs=1,2 м
Проверка для ГИПС:
По развиваемому напору:
Hп≥hвп+hнп+∆Zп-Hs-h0
По всасывающей способности:
-Hsп≤h0-∆Zв-Hs-hвп
где Hп- напор подпорного насоса, Hп=108 м;
Hsп- допустимая высота всасывания подпорного насоса, Hsп=1,2 м;
hвп, hнп- потери напора на трение и на местные сопротивления во всасывающем и нагнетательном трубопроводах подпорной НС; при отсутствии данных по протяженности и диаметрам трубопроводов, принимаются ориентировочно равными по 5 м;
∆Zп- разность геодезических отметок конца нагнетательного трубопровода подпорной НС (входной патрубок первого основного насоса) и начала всасывающего (патрубок самого удаленного резервуара), ∆Zп=-2 м;
Hs- допустимая высота всасывания основного насоса, Hs=-25,38 м;
∆Zв- разность геодезических отметок всасывающего патрубка подпорного насоса и патрубка самого удаленного от подпорной НС резервуара, ∆Zв=-5 м;
h0- соответствует минимальному уровню взлива жидкости в резервуаре откачки; для стальных наземных резервуаров h0=2 м.
108 м>5+5-2+25,38-2=31,38 м
-1,2 м<2+5+25,38-5=27,38 м
Условия выполняются.
Определим количество основных рабочих насосов на НС:
n0=HнсHн
где Hн- напор, развиваемый основным насосом для перекачиваемой жидкости при подаче Qmax
n0=756210=3,6
Таким образом, с учетом округления принимаем количество основных магистральных насосов 3 шт