Вопросы для подготовки магистрантов

31. Дожимные компрессорные станции.

На магистральных газопроводах различают три основных типа КС: головные компрессорные станции, линейные компрессорные станции и дожимные компрессорные станции.

Дожимные компрессорные станции (ДКС) устанавливаются па под­земных хранилищах газа (ПХГ). Назначением ДКС является подача газа в подземное хранилище газа от магистрального газопровода и отбор природного газа из подземного хранилища (как правило, в зимний пе­риод времени) для последующей подачи его в магистральный газопро­вод или непосредственно потребителям газа. ДКС строятся также на газовом месторождении при падении пластового давления, ниже давле­ния в магистральном трубопроводе. Отличительной особенностью ДКС от линейных КС является высокая степень сжатия 2-4, улучшенная под­готовка технологического газа (осушители, сепараторы, пылеуловите­ли), поступающего из подземного хранилища с целью его очистки от механических примесей и влаги, выносимой с газом.

32.Охлаждение газа на компрессорных станциях.

Охлаждение технологического газа можно осуществить в холодиль­никах различных систем и конструкций; кожухотрубных (типа «труба в трубе»), воздушных компрессионных и абсорбирующих холодиль­ных машинах, различного типа градирнях, воздушных холодильников и т.д.

Наибольшее распространение на КС получили схемы с использовани­ем аппаратов воздушного охлаждения АВО (рисунок 32). Следует, однако, отметить, что глубина охлаждения технологического газа здесь ограни­чена температурой наружного воздуха, что особенно сказывается в лет­ний период эксплуатации. Естественно, что температура газа после ох­лаждения в АВО не может быть ниже температуры наружного воздуха.

Рисунок 32 – Схема соединения аппаратов воздушного охлаждения газа: 1- аппараты воздушного охлаждения газа; 2, 4, 6, 7-коллекторы; 3-компенсаторы; 5- свечи; 8-обводная линия.

33. Основное оборудование компрессорных станций. Принципы подбора.

Оборудование насосных станций условно делится на основное и вспомогательное. К основному оборудованию относятся насосы и их привод, а к вспомогательному- системы смазки, энергоснабжения, отопления, вентиляции, канализации.

При перекачке нефти и нефтепродуктов можно применять центробежные и поршневые насосы.

Насосы, перекачивающие нефть и нефтепродукты на дальние расстояния должны отвечать следующим требованиям:

- обеспечение сравнительно высоких напоров и больших подач;

- достаточная экономичность;

- долговременность и надежность непрерывной работы;

- использование максимальной частоты вращения вала двигателя;

- компактность;

- быстрота сборки и разборки.

В связи с этим широкое применение при магистральном транспорте нефти и нефтепродуктов получили центробежные насосы.Поршневые насосы на МТП не используют.

Характеристика дается заводом-изготовителем. Она позволяет подбирать насос для работы в заданных условиях, показывает возможные режимы его работы.

Характеристику H-Q в аналитических расчетах можно представить, как

Н= а-в Q , (17)

где а и в – коэффициенты, определяемые и паспортной характеристики насоса.

При закрытой задвижке Q=0=>H=a.

Чтобы определить коэффициент в значения H и Q выбирают в рабочей части характеристики насоса.

Иногда для точности расчетов характеристика H-Q выражается следующим образом:

Н=а-в* Q^2-m, (18)

где m-коэффициент, зависящий от режима течения жидкости.

Характеристику центробежного насоса можно изменить двумя способами: изменением частоты вращения вала или обточкой диметра рабочего колеса насоса.

Зависимость технических показателей насоса от подачи при различной частоте вращения вала или различных наружных диаметрах рабочего колеса называют универсальной характеристикой насоса.

Первый способ получения универсальной характеристики насоса заключается в пересчете известных значений подачи, напора и мощности по законам гидравлического подобия:

Q/Q =п/п ; N/N =(п/п ) ;

Н/Н =(п/п ) ∆h/ ∆h = (п/п ) , (19)

где Q,H,N,∆h – показатели работы насоса при частоте вращения n;

Q,H,N,∆h- при частоте вращения n₁.

С повышением частоты вращения вала насоса скорость жидкости во всасывающем трубопроводе соответственно увеличивается и может достигнуть такого значения, при котором наступает кавитация. Поэтому при пересчете на большую частоту вращения необходимо проверить допустимую высоту всасывания или необходимый подпор.

Второй способ получения универсальной характеристики- изменение наружного диаметра рабочего колеса при постоянной частоте вращения.

Пересчет осуществляется по формулам:

Q/Q =D -D

, (20)

где Q,H,N- показатели работы насоса при номинальном наружном диаметре колеса D ;

Q,H, - при диаметре после обточки D <D^/ .

Единообразие конструкций центробежных насосов для магистральных нефтепроводов и сокращение до минимума их типоразмеров обусловили создание нормального ряда насосов.

Согласно ГОСТ-у насосы должны изготавливаться центробежными в горизонтальном исполнении и не требовать отсоединения входного и выходного патрубков при проведении ремонта.

Насосы предназначены для транспортировки нефтепродуктов и нефти с температурой от (-5С) до 353 К(+80С), кинематической вязкостью не свыше 3см /с, с механическими примесями размером не более 0,2 мм.

Насосы с подачей 1800 м /ч и более предназначены только для перекачки нефти.

Конструкция насосов обеспечивает надежную работу двух последовательных соединенных агрегатов с подачей до 360 м /ч(100л/с) включительно и трех насосов с большей подачей. В первом случае предельное давление составляет 9,81 МПА (100 кгс/см ), во втором случае- 7,35 МПА (75 кгс/ см ).

Допустимая утечка перекачиваемой жидкости через концевые уплотнения при давлении в камере не более 2,5 МПА не должна превышать 500 м /ч.

Чтобы расширить область применения насосов, допускается уменьшать подачу и напор путем обточки рабочих колес по наружному диаметру.

Для насосов с подачей 1250 м /ч и более применяют сменные роторы. Предельное давление, которое выдерживает корпус насоса-6,47 МПА.

Насосы с подачей до 1250 м /ч и более -спиральные одноступенчатые.

Шифр НМ-2500-230 означает Н- насос; М – магистральный; 2500- подача, м³/ч; 230 – напор, м.

8 НД-8*6- первое число- диаметр всасывания патрубка уменьшенный в 25 раз; буква Н – нефтяной; Д- колесо с двусторонним входом жидкости; следующее число-коэффициент быстроходности,уменьшенный в 10 раз; последняя цифра - число ступеней.

Если дается график ∆h -Q насосов, то значения∆h служат для выбора подпорных центробежных насосов или для определения подпора за счет избытка энергии перекачиваемой жидкости, полученной на предыдущей станции.

Для создания необходимого напора основных магистральных насосов применяют подпорные насосы. В маркировке 8НДвН, 12 НДвН первое число- диаметр напорного патрубка (мм), уменьшенный в 25 раз; Н- насос; Д- рабочее колесо с двусторонним входом; в- высоконапорный; с- средненапорный; Н- нефтяной.

Подпорные насосы работают с частотой вращения около 600, 750 и 1000 об/мин. При этом у них высокие значения КПД, хорошая всасывающая способность, работают плавно без вибраций.

Насосы НМП- центробежные, горизонтальные, спиральные, односторонние. Насосы НПВ 1250-60 и НПВ 2500-80 создают подпор магистральным насосам НМ 1250-230 и НМ 2500-230 и могут быть использованы на наливных пунктах нефтепереработки и перевалочных баз, на промышленных строительствах.

Шифр НПВ- насос, подпорный, вертикальный.

Насосы НПВ можно установить на открытой площадке с температурой окружающего воздуха от -50⁰С до +45⁰ С.

При выборе двигателя для привода насоса учитывают:

- возможность получения на площадке перекачивающей станции питания электродвигателей, суммарная мощность которых достигает 10000-20000 кВт;

- возможность упрощения трансмиссии между двигателем и насосом, желательно непосредственное соединение валов (без редуктора).

Привод насосов может осуществляться от газовых турбин, двигателей внутреннего сгорания- дизелей, электродвигателей.

В качестве двигателей к основным и подпорным насосам магистральных трубопроводов применяют асинхронные и синхронные электродвигатели высокого напряжения. В зависимости от исполнения электродвигатели могут быть установлены в общем зале с насосами или в помещении, отделенном от насосного зала газонепроницаемой стеной.

При совместной установке в корпусе электродвигателя поддерживается избыточное давление. Это предотвращает проникновение паров нефти внутри корпуса.

Мощность двигателя N к насосу определяют по формуле:

, (21)

где - полный КПД насосного агрегата.

Применяются асинхронные электродвигатели и синхронные электродвигатели. Асинхронные электродвигатели выполняются с частотой вращения вала 3000 об/мин, мощность электродвигателя: 500, 630, 800, 1000, 1250, 2000, 2500, 3200, 4000, 5000 кВт; напряжение 6-10 кВ.

Двигатели АТД монтируют в одном помещении с насосами, т.к. они исполнены взрывобезопасными- в корпусе двигателя поддерживается избыточное давление 50-70 мм вод.ст.

Двигатели АТД изготавливаются с замкнутым циклом вентиляции или с разомкнутым.

При замкнутом цикле циркулирующий воздух охлаждается двумя водными охладителями, установленные в верхней части корпуса. Расход воды на охлаждение горячего воздуха составляет 12 м /ч на каждый электродвигатель, на охлаждение подшипников 1,5 м /ч. У двигателей с разомкнутым циклом вентиляции воздух подводится снизу через воздуховоды, расположенные в проемах фундамента, или сверху через воздуховоды, расположенные над двигателями. Отвод отработавшего воздуха- снизу или сбоку двигателя. При разомкнутом цикле вентиляции расход воздуха на охлаждение машины и на создание избыточного корпуса составляет 3 м /ч, он обеспечивается вентилятором. Синхронные электродвигатели СТД выпускают на напряжение 6-10 кВ, с частотой вращения вала 3000 об/мин и мощность от 630 до 125000 кВт.

Двигатели СТД выпускаются с замкнутым или разомкнутым циклом охлаждения. Перед пуском все двигатели должны продуваться чистым воздухом.

Магистральные насосные агрегаты можно соединять параллельно, последовательно и последовательно-параллельно. При последовательном соединении одинаковое количество жидкости последовательно проходят все насосы. Каждый насос увеличивает энергию жидкости. При таком соединении увеличивается суммарный напор. При параллельном соединении несколько насосов работают при одинаковом напоре, но при различных подачах. Напор станции равняется напору одного насоса, который параллельно соединен с остальными, а подача станции равна суммарной подаче всех параллельно соединенных насосов. При последовательно- параллельном соединении если закрыть задвижку между вторым и третьим агрегатами, то любые два агрегата (первый и второй, третий и четвертый) будут работать последовательно, а каждая пара – параллельно (рисунок 8). В этом случае напор равен напору двух агрегатов, а подача равна сумме подачи каждой параллельно соединенной группе.

Рисунок 8 – Комбинированное соединение насосных агрегатов.

1. Технологическая схема компрессорной станции, оборудованной поршневыми компрессорами.

2. Технологическая схема компрессорной станции, оборудованной центробежными компрессорами.

34.Основные технические показатели центробежных компрессоров.

Основные технические показатели центробежных насосов.

Независимо от принципа действия и назначения насосов их работу характеризует следующие величины:

- подача (производительность);

- давление;

- напор;

- мощность;

- КПД;

- коэффициент быстроходности;

- допускаемый кавитационный запас.

Подача –это количество жидкости, подаваемое насосами в единицу времени в напорный трубопровод.

Подача бывает объемная и массовая. Объемная подача выражается в кубических метрах в секунду, массовая- в килограммах в секунду.

Существует следующие зависимости между объемной (Q) и массовой (M) подачами:

/ , (1)

где - плотность жидкости.

Давление полное (р) определяется как разность давлений в напорном и входном патрубках насоса и сложенную с давлением, соответствующим разности кинетической энергии в этих патрубках, и давлением, необходимым для преодоления вертикального расстояния между местами установки манометра и вакуумметра:

, (2)

где и -средние скорости жидкости на выходе из насоса и на входе в него;

g- ускорение силы тяжести.

Напор полный (Н) определяется из соотношения:

, (3)

Если давление больше атмосферного (подпор на входе в насос), то

, (4)

где и - напор на выходе из насоса и на входе в него по отношению к оси насоса.

, (5)

где -напор, показываемый манометром;

- превышение нуля манометра над осью насоса (со знаком «+», если нуль манометра выше оси насоса, и со знаком «-», если нуль ниже оси).

Если давление меньше атмосферного (разрежение на входе в насос), то

, (6)

где - разряжение на входе в насос, приведенное к оси насоса:

, (7)

где В- показание вакуумметра;

- превышение нуля вакуумметра над осью насоса (со знаком «+», если нуль вакуумметра ниже оси насоса, и со знаком «-», если нуль выше оси) .

Мощность - работа в единицу времени, измеряют в ваттах или лошадиных силах. Соотношения между единицами следующие:

1 Вт=1Дж/с; 1 л.с.=736 Вт.

Необходимо определять полезную мощность насоса, насосной установки, мощность насоса, мощность насосного агрегата и насосной установки в процессе эксплуатации насосов.

Полезная мощность N насоса –это мощность, сообщаемая насосом подаваемой жидкой среде:

N=Q*P, (8)

или N=QH q

Полезная мощностьN_уст насосной установки:

N_уст = ρ ·g ·Q ·H , (9)

N_уст -мощность, сообщаемая жидкой среда насосными агрегатами, смонтированными по определенной схеме.

Мощность насоса- мощность потребляемая насосами. Эта мощность всегда больше полезной мощности насоса на величину потерь энергии, возникающих при его работе.

Мощность насосного агрегата- мощность, потребляемая им сложенная с полезной мощностью потока в напорном патрубке.

Мощность насоса:

N =N_аг* * , (10)

где N - мощность насосного агрегата(определяется измерением энергии, подводимой к двигателю);

, -КПД двигателя и передачи от двигателя к насосу.

Для подсчета мощности при электрическом приводе измеряют силу электрического тока или расход электроэнергии, при двигателе внутреннего сгорания- расход топлива, а при паровом приводе- расход и температуру пара.

Мощность насосного агрегата- мощность, потребляемая насосным агрегатом, она всегда больше мощности насоса на величину потерь в приводе.

КПД насоса - отношение полезной мощности к мощности насоса:

η =N/N_н, (11)

Полный КПД насоса:

, (12)

где - объемный КПД (оценивает потери энергии из-за утечек жидкости), это отношение полезной мощности к сумме полезной мощности и мощности, потерянной с утечками;

- гидравлический КПД(оценивает потери энергии на преодоление гидравлических сопротивлений при прохождении жидкости через насос) – определяется отношением полезной мощности насоса к сумме полезной мощности и мощности, затраченной на преодоление сопротивлений.

- механический КПД, выражающий относительную долю механических потерь в насосе( потери энергии, обусловленные трением в подшипниках, сальниках, трением диска колеса центробежного насоса о жидкость и др.).

КПД насосного агрегата- отношение полезной мощности насоса к мощности насосного агрегата:

, (13)

Коэффициент быстроходности насоса- это частота вращения модели геометрически подобной насосу.

, (14)

где n- частота вращения ротора насоса, об/мин.

Для колесс двухсторонним входом жидкости берут 1/2Q (м³/с); для многоступенчатых колес берется напор создаваемый одной ступенью(м). Кавитационный запас ∆h определяется по следующей формуле:

∆h= , (15)

- давление паров жидкости.

Допускаемый кавитационный запас∆h - эта энергия подведенная к входному патрубку насоса, превышающая давление паров.

Если в потоке жидкости абсолютное давление в каком-либо месте станет ниже давления паров, в жидкости возникнут полости, наполненные ее паром и воздухом.

Процесс образования этих полостей с последующей конденсацией пара называется кавитацией.

Из-за быстро чередующихся процессов сжатия пузырьков здесь возникают большие местные давления, которые в свою очередь вызывают короткие и интенсивные удары, разрушающие металл.

Явление кавитации сопровождается шумом, вибрацией и разрушением стенок насоса.

Для безкавитационной работы насоса напор во входном патрубке должен быть таким, чтобы ни в какой точке потоке жидкости давления не падало ниже давления паров жидкой среды.

Допускаемый кавитационный запас определяется из формулы:

∆h =А*∆h_кр, (16)

где ∆h_кр- критический кавитационный запас, при котором падение напора составляет 2% напора первой ступени;

А- коэффициент кавитационного запаса (по опытным данным на воде А=1,5÷1,3).

Характеристикацентробежного насоса.

Центробежный насос должен эксплуатироваться при максимальном значении КПД, при оптимальных значениях подачи и напора.

Режим работы насоса,обеспечивающий заданные технические показатели, называют номинальным.

Но на практике насосы работают и при других значениях Q и H. Поэтому надо определить зависимости напора, мощности и КПД от подачи.

Графическую зависимость основных технических показателей насоса от подачи при постоянных значениях частоты вращения, вязкости и плотности жидкости на входе в насос называют характеристикой насоса.

Необходимые зависимости получают опытным путем в результате испытаний насосов.

По оси абсцисс откладывают подачу, а по оси ординат напор, потребляемую мощность (N ) и КПД. На характеристикеH-Q откладывается полный напор, иногда его называют дифференциальным или манометрическим.

На график обычно наносят допустимый ∆h и критический ∆h_кр кавитационные запасы как функции подачи.