Учебное пособие 2054

Д.Н. Китаев

РАСЧЕТ НЕФТЯНОГО НАСОСА И ПОСТРОЕНИЕ РАБОЧЕЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Учебно-методическое пособие

Воронеж 2015

УДК 621.671 ББК 39.71 К45

Китаев, Д.Н.

К45 РАСЧЕТ НЕФТЯНОГО НАСОСА И ПОСТРОЕНИЕ РАБОЧЕЙ ХА-

РАКТЕРИСТИКИ : учеб.-метод. пособие для студ. спец. 21.03.01/ Д.Н. Китаев ; Воронежский ГАСУ. – Воронеж, 2015. - 66 с.

Приводятся сведения о современном насосном оборудовании нефтепроводов и порядке выполнения практических расчетов по дисциплине «Насосные станции нефтепроводов». Даются алгоритм расчета центробежного нефтяного насоса и построения его рабочей характеристики, а также примеры расчетов и необходимые справочные данные по насосно-силовому оборудованию.

Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 21.03.01 «Нефтегазовое дело» профиля подготовки «Проектирование, строительство и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ».

Ил. 19. Табл. 23. Библиогр.: 10 назв.

УДК 621.671 ББК 39.71

Рецензент - О.А. Сотникова, д.т.н., проф. кафедры проектирования зданий и сооружений им. Н.В. Троицкого Воронежского ГАСУ

© Китаев Д.Н., 2015 © Воронежский ГАСУ, 2015

2

Введение

Правильный выбор центробежного насоса и его привода является одной из главных задач проектирования и эксплуатации насосных установок в области транспортировки нефти и нефтепродуктов. С целью обеспечения максимального значения КПД насосных станций параметры работы выбранных насосных агрегатов должны быть оптимальными.

Практически все каталоги и паспорта центробежных насосов содержат характеристики, полученные при испытании на воде. Значение вязкости нефти и нефтепродуктов может существенно отличаться от вязкости воды. При выборе и эксплуатации центробежных насосов, транспортирующих нефть, часто приходится учитывать влияние плотности и вязкости перекачиваемой среды на характеристику насоса, что отличает проектирование нефтяных насосов от систем водо- и теплоснабжения, где пересчет характеристик обычно не требуется.

Программа дисциплины «Насосные станции нефтепроводов» профиля подготовки бакалавров «Проектирование, строительство и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ», изучаемой в 5-м семестре студентами дневного отделения и в 3-м – заочного, предусматривает практические занятия.

Учебно-методическое пособие создано с целью ознакомления студентов с магистральными нефтяными насосами серии НМ (насос магистральный), используемых в качестве основного насосного оборудования на головных и промежуточных насосных станциях, расчетами их рабочих колес, построением характеристики насоса при работе на высоковязких средах, а также расчетом системы маслоснабжения, играющей важную роль при эксплуатации насосных станций.

Впроцессе выполнения практических заданий происходит закрепление и углубление полученных теоретических знаний. Вариант для выполнения практических заданий студент принимает по заданию преподавателя.

Цель практических занятий – рассчитать рабочее колесо, количество лопаток; построить характеристику насоса для перекачивания нефтепродуктов, подобрать подпорные насосы и рассчитать систему маслоснабжения.

Приведенные в пособии примеры расчетов способствуют лучшему усвоению материала и комплексному анализу полученных результатов расчетов.

Впособии приведены характеристики современных насосов, конструктивные размеры насосных агрегатов на базе насосов НМ.

3

1.Насосные агрегаты типа НМ для нефти и нефтепродуктов

1.1.Насосы производительностью 65 – 1250 м3/ч

Назначение насосов типа НМ (секционных одно- и двухкорпусных) производительностью от 65 м3/ч до 1250 м3/ч и агрегатов электронасосных на их основе определяется в зависимости от их конструктивного исполнения. На рис. 1.1 представлен общий вид насоса НМ с рабочим колесом одностороннего входа.

Рис. 1.1. Общий вид насоса типа НМ

Насосы типа НМ однокорпусные, рассчитанные на подачу 125 –710 м3/ч, предназначены для перекачивания нефтепродуктов по магистральным трубопроводам. Насосы типа НМ однокорпусные с картерной смазкой рассчитаны на подачу 65 – 125 м3/ч и предназначены для перекачивания нефти по магистральным трубопроводам. Насосы типа НМ 360-460 (Q=360 м3/ч, Н=780 м) однокорпусные с торцовыми уплотнениями типа «Тандем» предназначены для перекачивания нефти из буферных емкостей и технологических резервуаров в трубопроводы. Насосы типа НМ однокорпусные с картерной смазкой рассчитаны на подачу 125 – 180 м3/ч, предназначены для перекачивания некондиционной нефти и пластовой воды на нефтегазовых месторождениях. Насосы типа НМ с подачей 300 – 500 м3/ч однокорпусные, предназначены для транспортирования по магистральным трубопроводам нефти и светлых нефтепродуктов (автобензина, керосина, дизтоплива). Насосы типа НМ двухкорпусные (НМ 500-800, НМ 1250-400) предназначены для перекачивания нефти и нефтепродуктов по магистральным трубопроводам. В табл. 1.1 представлены допустимые параметры перекачиваемых жидкостей насосами серии НМ.

4

Таблица 1.1 Характеристики перекачиваемых жидкостей насосами серии НМ

с подачей 65 – 1250 м3/ч

Насосы типа НМ — центробежные горизонтальные многоступенчатые однокорпусные или двухкорпусные секционного типа с односторонним расположением рабочих колес. Конструктивные особенности и материальное исполнение насосов типа НМ может быть различным и выбирается исходя из целей использования насосов в соответствии с условиями эксплуатации и характеристиками перекачиваемой среды. Ниже представлены особенности насосов различной подачи, предназначенных для перекачивания нефти и нефтепродуктов.

Насос типа НМ однокорпусной, рассчитанный на подачу нефти 125÷ 710 м3/ч:

–разгрузка ротора от осевых усилий осуществляется с помощью разгрузочного диска (гидравлической пяты);

–концевые уплотнения ротора — торцового типа;

–для восприятия радиальных усилий служат подшипники скольжения с принудительной смазкой;

–передача крутящего момента от двигателя к насосу осуществляется посредством зубчатой муфты, (возможна комплектация пластинчатой муфтой).

5

Насос типа НМ однокорпусной с картерной смазкой, рассчитанный на подачу нефти 65÷125 м3/ч:

–разгрузка ротора от осевых усилий осуществляется с помощью разгрузочного диска (гидравлической пяты);

–ротор насоса НМ 65-550 опирается на подшипники качения с заливной (картерной) смазкой;

–ротор насоса НМ 125-550 опирается на подшипники скольжения с заливной (картерной) смазкой;

–концевые уплотнения — торцового типа;

–передача крутящего момента от двигателя к насосу осуществляется посредством пластинчатой муфты.

Насос типа НМ 360-460 (Q=360 м3/ч, Н=780 м) однокорпусной, рассчитанный на подачу нефти 360 – 460 м3/ч:

–разгрузка ротора от осевых усилий осуществляется с помощью разгрузочного поршня (барабана);

–опоры ротора — подшипники скольжения с циркуляционной смазкой от маслосистемы. Остаточные осевые усилия воспринимаются упорным подшипником скольжения типа «Митчел»;

–концевые уплотнения ротора торцовые двойные типа «Тандем», с системами обеспечения работоспособности;

–передача крутящего момента от двигателя к насосу посредством пластинчатой муфты.

Насос типа НМ (Q=125 м3/ч, Н=183,6 м) и НМ 180-500 (Q=163,9 м3/ч,

Н=256 м) однокорпусные с картерной смазкой, рассчитанные на подачу нефти:

–разгрузка ротора от осевых усилий осуществляется с помощью разгрузочного диска (гидравлической пяты);

–опорами ротора служат подшипники качения с картерной смазкой;

–концевые уплотнения ротора торцовые двойные типа «Тандем», с системами обеспечения работоспособности;

–передача крутящего момента от двигателя к насосу посредством пластинчатой муфты.

Насос типа НМ 300-500 однокорпусной, рассчитанный на подачу нефти

300 – 500 м3/ч:

–разгрузка ротора от осевых усилий осуществляется с помощью разгрузочного поршня (барабана);

–для восприятия остаточных осевых усилий ротора применяется упорный подшипник скольжения типа «Митчел»;

–опорами ротора служат подшипники скольжения;

–смазка подшипников насоса и двигателя принудительная, от маслоустановки;

6

–концевые уплотнения ротора насоса – торцовые патронного типа с дроссельной буксой;

–передача крутящего момента от двигателя к насосу посредством пластинчатой муфты.

Насосы типа НМ двухкорпусные (НМ 500-800, НМ 1250-400), рассчитанный на подачу нефти:

–опорами ротора служат подшипники скольжения;

–для восприятия остаточных осевых усилий ротора применяется упорный подшипник скольжения типа «Митчел»;

–смазка подшипников насоса и двигателя принудительная, от маслоустановки;

–концевые уплотнения ротора насоса – торцового типа с резервным уплотнением;

–двухкорпусная конструкция насосов позволяет производить их сборку и разборку без отсоединения технологических трубопроводов;

–передача крутящего момента от двигателя к насосу посредством пластинчатой муфты, агрегат НМ 1250-400 может комплектоваться зубчатой муфтой.

Вкачестве привода насоса типа НМ применяются взрывозащищенные асинхронные двигатели с воздушным охлаждением и замкнутой системой вентиляции с маркировкой по взрывозащите 1ExdIIBT4.

Возможны различные варианты компоновки электронасосного агрегата типа НМ:

–размещение насоса на раме, а электродвигателя на закладных балках либо на фундаментных балках с подцентровочными устройствами;

–размещение насоса (с маслоустановкой) и двигателя на общей фундаментной раме, снабженной ограждением, панелью контроля и управления, приборной стойкой, трубопроводами слива утечек.

Возможны различные варианты исполнения насосных агрегатов типа НМ:

– в климатическом исполнении У для категории размещения 2 по ГОСТ 15150-69 для эксплуатации в помещении или под навесом при температуре от -29 °С до + 45 °С;

– в климатическом исполнении УХЛ для категории размещения 4 по ГОСТ 15150-69 для эксплуатации в закрытых помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями при температуре окружающей среды от +5 °С до + 40 °С;

Насосные агрегаты типа НМ в специальном исполнении можно транспортировать и хранить до монтажа и начала эксплуатации при температуре окружающего воздуха от -60 °С до + 45 °С.

Насосные агрегаты НМ изготавливают во взрывозащищенном исполнении для эксплуатации во взрывопожароопасных зонах класса 2 по ГОСТ Р 51330.9-99 и класса В-1а согласно «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ), которые предусматривают образование взрывоопасных смесей категории II А по ГОСТ Р 51330.11-99.

7

1.2. Насосы производительностью 1250 - 10000 м3/ч

На рис. 1.2 представлен общий вид насоса НМ с рабочим колесом двухстороннего входа, а на рис. 1.3 его разрез.

Рис.1.2. Общий вид насосных агрегатов типа НМ производительностью 1250 - 10000 м3/ч

Рис. 1.3. Разрез насосных агрегатов типа НМ производительностью 1250 - 10000 м3/ч:

1 – опорные подшипники скольжения; 2 – торцевые уплотнения патронного типа с дополнительным щелевым уплотнением; 3, 8 – проточная часть из высокопрочных износостойких материалов; 4 – гидроциклон очистки нефти, поступающей на охлаждение пар торцевых уплотнений; 5 – указатель осевого смещения ротора; 6 – сдвоенные радиально-упорные подшипники качения; 7 – установка роторов на различные подачи; 9 – пластинчатая муфта с от-

строенными собственными частотами колебаний

8

Насосы нефтяные магистральные типа НМ, рассчитанные на подачу жидкости 1250÷10000 м3/ч и агрегаты электронасосные на их основе предназначены для транспортирования нефти по магистральным трубопроводам. В табл. 1.2 представлены характеристики перекачиваемой нефти данными типами насосов.

Таблица 1.2 Характеристики перекачиваемых сред насосами серии НМ

с подачей 1250 – 1000 м3/ч

Насосы типа НМ с подачей нефти 1250÷10000 м3/ч являются центробежными горизонтальными одноступенчатыми спирального типа с рабочим колесом двустороннего входа, снабженными подшипниками скольжения с принудительной смазкой. В насосе НМ 10000-380-2, кроме того, применен двусторонний упорный подшипник скольжения типа «Митчелл». Концевые уплотнения ротора — механические торцовые одинарные с гидравлической разгрузкой и дополнительным щелевым уплотнением в соответствии с API 682. В насосе НМ10000-380-2 применены двойные торцовые уплотнения фирмы «Бургман» с системой обеспечения работоспособности. Нефть, поступающая на охлаждение торцовых уплотнений, проходит очистку в циклоновом сепараторе. Для восприятия радиальных нагрузок применены опорные подшипники скольжения с высокой несущей способностью, а для восприятия осевых нагрузок — сдвоенные радиально-упорные подшипники качения SKF. Передача крутящего момента от двигателя к насосу осуществляется при помощи упругой пластинчатой муфты. В качестве приводов насосов применяются синхронные или асинхронные взрывозащищенные двигатели.

Агрегаты состоят из насоса, взрывозащищенного двигателя, упругой пластинчатой муфты, ограждения упругой пластинчатой муфты, общей маслоустановки с трубопроводами в пределах агрегата для маслоснабжения подшипников, а также трубопроводов слива утечек. Агрегаты допускают поставку с установкой насоса и двигателя на единой жесткой фундаментной раме.

Насосы (агрегаты) типа НМ с подачей нефти 1250÷10000 м3/ч изготавливаются в климатическом исполнении УХЛ категории размещения 4 (при температуре окружающего воздуха от +1 °С до +40 °С по ГОСТ 15150. Насосы (агрегаты) изготавливаются в сейсмостойком исполнении для районов с сейсмичностью до 9 баллов по шкале МSК-64 включительно. Подтверждение сейсмостойкости производится разработчиком расчетным путем. Насосы (агрегаты) предназначены для эксплуатации во взрывопожароопасных зонах класса 2 по ГОСТ Р 51330.9 и класса В-1а согласно «Правилам устройства электроустановок»

9