
2.4 Проверка правильности выбора насосов по высоте всасывания
Для основного насоса:
Где
-
допустимая высота всасывания насоса,
м;
-
атмосферное (барометрическое) давление,
;
,
где z – абсолютная высотная отметка насосной станции над уровнем моря, м. Для г. Сыктывкар z=172 м
.
Для определения допустимой высоты всасывания необходимо найти максимальную температуру. Наиболее высокие температуры в г. Сыктывкаре наблюдаются в летнее время – VII, VIII, IX – месяцы.
Так как нам известны температуры только на определенных глубинах, найдем наименьшее значение температуры методом интерполирования:
,
VII:
VIII:
IX:
Таким образом, максимальная температура грунта составит 12,42 °C.
Определим расчетные значения плотности:
где β в соответствии с плотностью при 20 °С = 0,000841 (1/0С)
Вязкость при t= 12,42 ºС определим:
где:
Найдем величину термодинамической поправки:
Найдем величину вязкостной поправки Δhν, для основного насоса:
,
по характеристике насоса
Тогда допустимый кавитационный запас будет равен:
Найдем высоту всасывания основного насоса:
Основному насосу требуется подпор величиной -35,11м.
Для подпорного насоса:
.
Так как Dвх подпорного насоса совпадает по величине с Dвх основного насоса, то:
Подпорному насосу требуется подпор величиной -0,18 м.
Производим
проверку правильности выбора насосов
по допустимой высоте
всасывания. Для ГНПС проверка производится
только для подпорных насосов по следующим
условиям:
1) по развиваемому напору:
;
2) по всасывающей способности:
,
где Нп – напор подпорного насоса, Нп=125 м;
Нsп – допустимая высота всасывания подпорного насоса, Нsп= -0.18м;
hвп и 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 [1];
Δzп – разность геодезических отметок конца нагнетательного трубопровода подпорной НС (входной патрубок первого основного насоса) и начала всасывающего (патрубок самого удаленного резервуара), Δzп= 5 м;
HS ــ допустимая высота всасывания основного насоса, HS= –30,11м;
Δzв – разность геодезических отметок всасывающего патрубка подпорного насоса и патрубка самого удаленного от подпорной НС резервуара, Δzв=-6,5 м (всвязи с тем, что подпорный насос первоначально заглублен на 1,5 м ниже отметки земли);
h0 – обычно соответствует минимальному уровню взлива жидкости в резервуаре откачки; для стальных наземных резервуаров h0=1,0 м [14].
Проверка выполняется.
2.5
ПРОВЕРКА РАСЧЕТНОГО ЧИСЛА РАБОЧИХ
НАСОСОВ ПО ПРОЧНОСТИ КОРПУСА НАСОСА И
ПРОЧНОСТИ ТРУБОПРОВОДА.
где n ــ округленное до целого числа количество насосов;
Hн ــ напор развиваемый основным насосом для перекачиваемой жидкости при максимальной подаче (действительный напор одного насоса), м;
h ــ подпор основного насоса, равный
hH – потери напора в коммуникациях НС со стороны нагнетания, примерно равные 5 м;
ρt ــ плотность при расчетной температуре t, кг/м3;
g ــ ускорение свободного падения, м2/с;
Pраб ــ допустимое рабочее давление трубопровода, определяемое из формулы:
где δ ــ толщина стенки трубопровода, мм;
ــ
коэффициент
надежности по нагрузке, в нашем случае
принимаемый равным n
= 1,1
R1 ــ расчетное сопротивление растяжению металла труб, МПа;
Dн - наружный диаметр трубопровода, Dн =1,020 м.
.
где R1н ــ нормативное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб, принимаемое равным минимальному значению временного сопротивления (предела прочности), для марки стали 14ХГС оно составляет 500 МПа, [2];
m ــ коэффициент условий работы трубопровода, зависящий от категории участка трубопровода [4, таблица 1]. Для транспортировки нефти или нефтепродуктов по трубопроводам подземной прокладке диаметром ≥ 700 мм категории участка трубопровода будет считаться III [4, таблица 2]. => m = 0,9.
k1 и kн ــ коэффициенты надежности, соответственно, по материалу и по назначению трубопровода k1=1,4, kн=1.
376,7
м < 723,6
м, условие выполняется.
где Pн ــ допустимое рабочее давление насоса 7,35·106 Н/м2 с подачей больше 360 м3/ч , [МПа];
Условие прочности корпуса выполняется.
3. ПРОЕКТ РЕЗЕРВУАРНОГО ПАРКА ГНПС
Резервуарные парки на ГНПС магистралей служат аварийной емкостью для обеспечения ритмичной и бесперебойной работы трубопровода при авариях на промыслах и НПЗ или на магистрали, складом товарной продукции и буферной емкостью между технологическими объектами нефтепромыслов и магистрали.
Емкость резервуарного парка ГНПС магистрали принимается в размере 2 – 3 суточной подачи станции.
Принимаем Vп=216048м3
В резервуарных парках для сокращения потерь нефти и светлых нефтепродуктов от испарения должны применяться резервуары с понтоном.
Выбор типа, размера и количества резервуаров выполняется одновременно и в данной курсовой работе выбор может быть сделан по ориентировочному критерию – минимуму капиталовложений в парк. [1] Определим в начале оптимальный диаметр и толщину стенки трубопроводов парка. В качестве конкурирующих вариантов рассмотрим трубопровод диаметром, равным диаметру магистрали и трубопроводы с ближайшими по сортаменту диаметрами труб. Таким образом, рассматриваем 2 варианта: Dн=1020 мм, Dн=820 мм.
1) Dн=1020 мм.
[4, формула 12]
где δ ــ толщина стенки трубопровода, мм;
n ــ коэффициент надежности по нагрузке, в нашем случае принимаемый равным n = 1,15 по [4, таблица 13]
Pраб ــ рабочее давление трубопровода, МПа;
R1 ــ расчетное сопротивление растяжению металла труб, МПа;
Dн - наружный диаметр трубопровода, Dн =1020 мм.
[4, формула 4]
где R1н ــ нормативное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб, принимаемое равным минимальному значению временного сопротивления (придела прочности), для марки стали 14ХГС оно составляет 500 МПа, [2];
m ــ коэффициент условий работы трубопровода [4, таблицы 1,2], m=0,9
k1 и kн ــ коэффициенты надежности, соответственно, по материалу и по назначению трубопровода. k1=1,05 [4, таблица 9], kн=1,4 [4, таблица 11].
За рабочее давление трубопровода примем:
,
где Н –напор развиваемый станцией.H=396м.
,
Округляем до ближайшего значения сортамента труб, δ=8. Стоимость трубы 1020х8 составляет 95,7 тыс руб/км, и 4,31 тыс руб/год на эксплуатацию
2) Dн=820 мм.
n = 1,15; R1н для марки стали 17Г1С составляет 520МПа, [2]; m=0,9;
k1=1,05; kн=1,4.
Округляем до ближайшего значения сортамента труб, δ=6. Стоимость трубы 820х6 составляет 81,96 тыс руб/км, и 3,76 тыс руб/год на эксплуатацию.
Из рассмотренных вариантов следует, что по условиям металоемкости наиболее подходящим является трубопровод Dн=820 мм и δ=6мм.
Определим капиталовложения для нескольких вариантов парка, отличающихся типом и размером резервуаров, рассчитывая их ориентировочно как сумму сметной стоимости всех резервуаров. [1]
Рассмотрим несколько вариантов парка с использованием:
РВСП 50000;
РВСП 30000;
РВСП 20000.
1) РВСП 50000 м3: Определим количество резервуаров для данного варианта. Количество резервуаров находится по формуле [1]:
,
где n – количество резервуаров;
Vп – емкость резервуарного парка Vп= 216048м3;
Vp – геометрическая емкость резервуара, Vp=47460 м3, [9];
kE – коэффициент использования емкости, kE=0,79 [2;13].
Принимаем n=6.
Тогда сметная стоимость резервуаров составит:
где S – сметная стоимость всех резервуаров;
S’ – сметная стоимость одного резервуара, S’=417,6 т. руб.
Опредяем металлоемкость резервуара:
,
где k – расход стали на 1 м3 вместимости, кг,
2) РВСП 30000 м3:
Определим количество резервуаров для данного варианта: Vp=29600 м3, [9]; kE=0,79 [2;13], S’=210,25 тыс.руб. [9].
Тогда сметная стоимость резервуаров составит:
Опредяем металлоемкость резервуара:
3) РВСП 20000 м3:
Определим количество резервуаров для данного варианта: Vp=20900 м3, [9]; kE=0,79 [2;13], S’=158,37 тыс.руб. [9].
Тогда сметная стоимость резервуаров составит:
Опредяем металлоемкость резервуара:
Из всех рассмотренных вариантов самым выгодным (по минимуму капиталовложений в парк) является вариант №2 РВСП 30000 и n=10.
4.РАЗРАБОТКА
УЗЛА ПРЕДОХРАНИЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
На узлах предохранительных устройств, применяются предохранительные клапана, количество которых определится путём деления Kp на Kv [1, стр.21].
где QK – требуемая пропускная способность узла, принимаемая для первого узла равной максимальному расходу жидкости, а для второго 70% расхода через станцию, м3/ч;
ρ – плотность жидкости, т/м3;
P1 – давление срабатывания клапана равное Р n, кг/см2;
Р – рабочее давление, кг/см2;
n – коэффициент надежности по нагрузке (рабочему давлению трубопровода) n = 1,1 [9, Таблица 12];
Р2
– давление за клапаном равное
,кг/см2;
РГ – полные потери в трубопроводе между клапаном и резервуаром сброса, кг/см2;
ΔΖ = 4 м.
Определим РГ для обоих случаев, коэффициенты местного сопротивления составляют: для первого узла обратный клапан ξ = 2,5, тройник ξ = 0,5 (2 штуки), ∑ξ = 3,5; для второго случая обратный клапан ξ = 2,5, поворот ξ = 0,35 (1 штука), ∑ξ = 2,85. Длины трубопроводов L, равны 146 м и 45 м, соответственно.
λ=0,3164/Re0,25
где λ = коэффициент. гидравлического сопротивления для зоны гидравлически гладких труб;
Для первого случая:
,
,
,
где ξ – коэффициент местного сопротивления;
,
Для второго случая скорость потока в трубопроводе:
,
,
,
Тогда Р2 будет равно:
1)
2)
Определим P1:
Определим Кр.
м3/ч
м3/ч
Kv для принятого клапана СППК 4-40 равен 150 м3/ч.
Количество клапанов на первом узле равно 831/150 = 5,54 примем 6 и добавим 2 резервных, в итоге первый узел предохранительных устройств будет иметь 8 клапанов СППК 4-40 с условным диаметром входного патрубка 150 мм и выходного 200 мм.
Количество клапанов на втором узле равно 578,8/150 = 3,9 примем 4 и добавим 2 резервных, в итоге второй узел предохранительных устройств будет иметь 6 клапанов СППК 4-40 с условным диаметром входного патрубка 150 мм и выходного 200 мм.
5.
РАЗРАБОТКА УЗЛА УЧЕТА КОЛИЧЕСТВА
ПЕРЕКАЧИВАЕМОЙ ЖИДКОСТИ
Узлы учета предусматриваются на МТ в месте получения ими жидкости или передачи ее другим транспортным организациям или потребителям. На ГНПС магистралей они служат для коммерческого учета перекачиваемой жидкости.
В состав коммерческого узла учета входят: рабочие измерительные линии; резервные линии; контрольная измерительная линия, трубопоршневая установка для поверки счетчиков (ТПУ); устройство регулирования расхода.
Общее число измерительных линий должно быть не более 10 [1].
Выберем для нашего узла в качестве средств замера турбинные счетчики расхода «Турбоквант», которые зарекомендовали себя как достаточно простые, точные и надежные. Данные счетчики обеспечивают измерение расхода с погрешностью не более 0,5% в рабочем диапазоне расхода [1].
Выбираем счетчик «Турбоквант» [2]:
Таблица 3
Тип |
Условный диаметр Dy, мм |
Рабочий диапазон по расходу, м3/ч |
|
максимальный расход |
минимальный расход |
||
6934 |
250 |
1900 |
190 |
Рабочая
зона 1 счетчика находится в пределах
(0,6÷0,8)
и равна
Qраб = 0,6·1900÷0,8·1900 = 1140 (м3/ч) ÷1520 (м3/ч).
Определим количество рабочих счетчиков, учитывая рабочую зону по расходу для счетчика:
,
где Qmax – максимальная подача ГНПС, м3/ч;
- максимальная подача счетчика, м3/ч.
Принимаем количество рабочих линий равным 3.
Рабочая зона 3 работающих счетчиков находится в пределах (0,6÷0,8) ·nраб· и равна Qраб = 0,6·1900·3÷0,8·1900·3 = 3420 (м3/ч) ÷4560 (м3/ч).
Количество резервных линий принимается в размере (30÷50)% от числа рабочих:
nрез = 0,3·3÷0,5·3 = 0,9÷1,5.
Таким образом принимаем nрез = 2.
Принимаем одну контрольно измерительную линию.
Общее число измерительных линий: n =3 +2 +1 =6.
Так как 6<10, то условие по количеству измерительных линий выполняется.
Проверка правильности выбора числа рабочих линий:
-
входит в рабочую зону счетчика.
Проверка условия обеспечения заданной точности измерения в диапазоне 30÷100% производительности НС [2]:
0,3·Qmax = 0,3·4501 = 1350,3(м3/ч) – входит в рабочую зону одного счетчика;
1·Qmax = 1·4501 = 4501(м3/ч) – входит в диапазон работы 4-х работающих счетчиков.
Так как на ГНПС располагаются 2 узла учета перекачиваемой жидкости (перед входом в резервуарный парк и на выходе из подпорной насосной станции) проектируем 2 площадки узлов учета, которые содержат по 6 измерительных линий. Примем диаметр измерительных линий равным диаметру патрубка счетчика, а толщину стенки выберем по сортаменту труб, т.е. Dн = 250 мм и δ = 6 мм.
6.РАЗРАБОТКА
УЗЛА РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ
Узел регулирования давления располагается на выходе основной НС ГНПС и служит для поддержания заданных величин давления на входе и выходе станции методом дросселирования.
Данный узел должен состоять не менее, чем из двух регулирующих устройств. Схема узла регулирования должна обеспечивать равномерное распределение потока и предусматривать прямые участки до и после регулирующих устройств длиной не менее 5 диаметров.
Требуемое количество рабочих устройств определим по условной пропускной способности узла регулирования давления КР [1, стр.23], измеряемого в м3/ч.
где n – коэффициент запаса, равный 1,2;
ΔР – потери давления в регулирующем устройстве, равные 0,2-0,3 кг/см2;
ρ – плотность жидкости, т/м3.
м3/ч
Количество рабочих устройств определится:
где Kv – условная пропускная способность одного устройства [2, Приложение 14].
У
регулятора давления с условным диаметром
600 мм Kv
= 7500 м3/ч,
тогда число рабочих устройств равно
,
принимаем равное 2. Для обеспечения
работы при выходе из строя рабочего
регулятора давления предусмотрим 1
резервный. Окончательно принимаем 3
регулятора давления с условным диаметром
600 мм, ΔРдоп
= 4 МПа.
7. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
Технологическая схема насосной станции представляет собой технологическую обвязку основных объектов станции. К таким объектам относятся:
- Основная насосная станция;
- Подпорная насосная станция;
- Резервуарный парк;
- Узел
учета;
- Узел предохранительных клапанов;
- Узел регуляторов давления;
- Узел подключения к магистрали;
- Узел фильтров-грязеуловителей.
1.Фильтры-грязеуловители. В типовом варианте на узле устанавливаются 3 параллельно соединенных фильтра;
2.Узлы предохранительных устройств, которые защищают входные коммуникации и оборудования на них от повышенного давления;
3.Узлы учета комбинированного типа;
4.Резервуарный парк емкость которого будет составлять двух – трех суточную производительность магистрали в количестве 10 штук (согласно расчетов);
5.Узлы предохранительных устройств 2, которые служат для защиты коммуникаций и оборудования после резервуарного парка;
6.Узлы учета 2, которые служат для измерения количества нефти, поступающей в магистраль;
7.Основная насосная станция и подпорная. В типовом варианте основная комплектуется насосами НМ в количестве двух (2 рабочих, 1 резервный). Схема соединения последовательная.
8.Узел регулирования давления. Он регулирует режим работы НПС и всего нефтепровода. Регулирующих устройств должно быть не менее двух, причем параллельно соединенных, на случай выхода из строя одного из них;
9.Узел подключения к магистрали в большинстве случаев представляет камеру пуска скребка и диагностического снаряда.
Схема действует следующим образом:
Принимаемая с промыслов нефть в камеру пуска-приема скребка. Затем нефть проходит предварительную очистку от механических примесей с помощью фильтров-грязеуловителей. Затем нефть поступает в первый узел предохранительных устройств защищающих входные коммуникации и оборудование на них от повышенного давления путем сброса части нефти из коммуникаций в резервуарный парк. После чего нефть поступает на узел учета, где
производится не только измерение количества поступающей нефти, но и определение ее качества.
После узла учета нефть поступает в резервуарный парк, откуда идет на подпорную насосную станцию, на входе каждого насоса устанавливается сетчатый фильтр тонкой очистки, на выходе – обратные клапаны. После подпорной НС нефть идет на второй узел предохранительных устройств, защищающий коммуникации и оборудование после подпорной насосной.
Затем нефть поступает на второй узел учета, где производится измерение количества нефти, поступающей в магистраль. Далее идет основная насосная станция (два рабочих насоса и один резервный) с последовательным соединением насосов. На выходе основной станции устанавливается обратный клапан с демпфером.
Для поддержания требуемого давления в магистрали на выходе основной насосной предусмотрен узел регулирования давления методом дросселирование при помощи регулирующей заслонки.
Перекачивающую станцию с магистральным нефтепроводом связывает узел подключения к магистрали, оборудованный в нашем случае камерой скребка.
Примем диаметр основных технологических трубопроводов равным ближайшему меньшему по сортаменту диаметру магистрали, т.е. Dн=820 мм, а диаметр трубопроводов утечек равным Dу.н=200 мм.
С учетом всего вышесказанного и опираясь на соответствующие нормы проектирования и типовые схемы [4,6,7,12], проектируем свою технологическую схему.