Проектирование и эксплуатация насосных и компрессорных станций

Рис. 2.10. Насосный цех, оборудованный насосными агрегатами НМ 3000-230:

1 — насос с электродвигателем; 2 — задвижка с электроприводом; 3 — клапан обратный; 4 — кран мостовой 2 ручной двухбалочный; 5 — кран ручной мостовой однобалочный; 6 — всасывающий трубопровод

О) to

Рис. 2.20. План насосного цеха, оборудованного насосными агрегатами НМ -3600-230

маслосистемы с аккумулирующим баком и мостовой ручной кран в нормальном исполнении грузоподъемностью 25 т.

Насосные агрегаты связывают трубопроводами-отводами изо­ гнутой формы, которые соединяют их приемные и напорные пат­ рубки через общий коллектор наружной установки. Трубопрово­ ды укладывают в грунте и присоединяют к насосам сваркой. В об­ щем укрытии прокладывают трубопроводные коммуникации вспомогательных систем, а также сооружают площадки для обслу­ живания оборудования с соответствующими ограждениями и лестницами. При проходе трубопроводов через разделительную стенку используют специальные герметизирующие сальники.

Магистральные насосные агрегаты и электродвигатели соеди­ няют между собой без промежуточного вала и устанавливают на общих фундаментах с металлическими опорными рамами. Соеди­ нение осуществляют через специальное отверстие в герметизиру­ ющей камере фрамуги разделительной стенки. К этому отверстию в камере, в соответствии с требованиями техники безопасности, по специальной системе вентиляции подают чистый воздух для со­ здания упругой пневмозащиты между залами насосов и электро­ двигателей, препятствующей проникновению нефтяных паров из насосного зала в электрозал.

Давление воздуха в камере перед отверстием должно состав­ лять 25 — 30 мм водяного столба, расход воздуха на одну камеру — 20 м3/ч.

Указанные параметры в системе вентиляции беспромвальных соединений всех насосных агрегатов необходимо поддерживать постоянно, независимо от того, ведется перекачка данным насо­ сом или он находится в резерве. Если в качестве привода насосов используют взрывозащищенные электродвигатели, то насосные агрегаты устанавливают в общем зале. Электропривод выбирают по результатам технико-экономического обоснования.

Центровка насосных агрегатов при их монтаже осуществляет­ ся обычным путем, подцентровка в процессе эксплуатации — перемещением электродвигателей при помощи специальных при­ способлений и грузоподъемных устройств.

Блок откачки утечек, блок очистки и охлаждения масла разме­ щают на специальных металлических рамах на соответствующих отметках. Такое размещение связано, прежде всего, с необходи­ мостью технологических процессов (самотечный слив масел от подшипников двигателей и насосов до баков маслосистемы, само­

63

течный сбор утечек).

Трубопроводные коммуникации прокладывают в грунте на опорах. Для обеспечения обслуживания трубопроводных комму­ никаций вспомогательных систем во время эксплуатации в местах прокладки трубопроводов предусмотрены съемные плиты покры­ тия. Все трубопроводные коммуникации должны быть гидравли­ чески испытаны на давление 1,25 РрабКомпоновку оборудования, соотношение отметок и трубопроводную обвязку в основном ук­ рытии и вне его принимают исходя из обеспечения следующих требований, определяемых расчетными параметрами используе­ мых насосов:

1)самотечный отвод утечек от торцевых уплотнений из карте­ ра основных насосов в сборник утечек по закрытой (герметичной) схеме;

2)подача под напором погружными насосами нефти из сбор­ ников утечек и нефтесодержащих стоков в сборник нефти удар­ ной волны и разгрузки;

3)откачка нефти насосами блока откачки утечек из сборника нефти ударной волны и разгрузка во всасывающий трубопровод магистральных насосов;

4)подача заданного количества масла к подшипникам насосов

иэлектродвигателей и самотечное отведение его от подшипников в баки централизованной маслосистемы;

5)подача воды для охлаждения циркулирующего внутри элек­ тродвигателей воздуха;

6)подача воды для охлаждения масла централизованной мас­ лосистемы в маслоохладителях;

7)создание упругой пневмозавесы в отверстии герметизиру­ ющей фрамуги при беспромвальном соединении насосов и элект­ родвигателей.

2.3.ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ НАСОСНОГО ЦЕХА

Для обеспечения нормальной эксплуатации магистральных насосов с заданными параметрами необходимо функционирова­ ние следующих вспомогательных систем:

1)разгрузки и охлаждения торцевых уплотнений;

2)смазки и охлаждения подшипников;

3)сбора утечек от торцевых уплотнений;

64

4)подачи и подготовки сжатого воздуха;

5)оборотного водоснабжения и охлаждения воды воздухом;

4)средств контроля и защиты насосного агрегата.

2.3.1. Система разгрузки и охлаждения торцевых уплотнений

Устройства, уплотняющие выход вала насоса из корпуса как в процессе работы, так и при остановках агрегатов, находятся под воздействием динамического или статического напора. В основ­ ных насосах, перекачивающих нефть или нефтепродукты, величи­ на напора в камерах уплотнений колеблется от двух —трех десят­ ков до 700 -*■ 800 м.

При последовательном соединении насосов в первом насосе напор в камере уплотнения минимален, а в третьем максимален. Работа уплотнения под большим напором снижает надежность узла уплотнения. Поэтому для снижения напора в камерах уплот­ нения до допустимых значений предусматривают систему гидрав­ лической разгрузки с отводом части перекачиваемой жидкости по специальному трубопроводу 4 (рис. 2.21) в зону пониженного дав­ ления.

4

Рис. 2.21. Традиционная система разгрузки и охлаждения концевых уплот­

нений вала насоса:

ВП— всасывающая полость; НП — нагнетательная полость

65

3-1 - 164

Обычно жидкость из линии разгрузки подают либо в резерву­ ар сбора утечек, либо в коллектор насосной станции со стороны всасывания. Наличие постоянной циркуляции жидкости из поло­ сти всасывания насоса через щелевые уплотнения 1 и полость ка­ меры 2 торцевого уплотнения 3 обеспечивает не только снижение напора в камерах уплотнений, но и охлаждение деталей торцевого уплотнения. Отсутствие такой циркуляции контактных колец тор­ цевого уплотнения может привести к нарушению режима работы торцевого уплотнения и даже к аварии.

На рис. 2.22 дана технологическая схема обвязки насосных аг­ регатов промежуточной насосной станции и системы разгрузки уплотнений вала при последовательном соединении основных на­ сосов. Эта система получила название групповой и основным не­ достатком является снижение КПД установки из-за значительной величины перетока жидкости по линии разгрузки. Переток жид­ кости зависит от количества работающих насосов, развиваемых насосами напоров, состояния щелевых уплотнений и достигает нескольких десятков кубических метров в час.

С появлением торцевых уплотнений, обеспечивающих необ­ ходимую надежность работы насосного агрегата, при напорах в камере уплотнений до 500 — 800 м стало возможным от группо­ вой системы разгрузки отказаться, а охлаждение торцевых уплот­ нений обеспечить путем создания циркуляции жидкости из поло­ сти нагнетаний насоса в полость всасывания насоса (рис. 2.23). Такая схема получила название индивидуальной системы охлаж­ дения торцевых уплотнений.

Объем постоянно циркулирующей жидкости заметно сокра­ щается (2 — 4 м3/ч). Нагнетательную полость насоса соединяют с камерами уплотнений 2 трубопроводом 4 диаметром 14^-16 мм. Жидкость при этом охлаждает торцевые уплотнения 3 и через ще­ левые уплотнения 1 проходит в полость всасывания насоса. Вен­ тиль 5, устанавливаемый на выходе из нагнетательной полости, по­ зволяет регулировать объем циркулирующей жидкости. Недо­ статком является некоторое снижение объемного КПД насоса и засорение вентиля и трубопроводов, обнаруженное при про­ мышленном испытании этой системы.

Представляет интерес индивидуальная система охлаждения, основанная на использовании перетока части перекачиваемой жид­ кости поддействием перепада динамического напора на всасывании насоса и во всасывающей полости рабочего колеса (рис. 2.24).

67

Рис. 2.23. Индивидуальная схема охлаждения торцевых уплотнений "на­ гнетательная полость — камера уплотнений"

Рис. 2.24. Индивидуальная система охлаждения

68

Трубка 1, установленная во всасывающем патрубке насоса 2, направляет часть перекачиваемой жидкости по трубам 4, минуя клапан 3, в полость камер торцевых уплотнений 5; обходя уплотне­ ние 6, жидкость поступает в полость всасывания колеса 7. Незави­ симо от порядка работы насоса в последовательной схеме переток жидкости по трубопроводу 4 составляет величину, в десятки раз меньшую по сравнению с групповой системой разгрузки уплотне­ ний, и зависит только от-разности напоров на всасывании насоса и всасывающей полости центробежного колеса. При этом цирку­ ляция жидкости в указанной системе охлаждения торцевых уп­ лотнений не влияет на объемный КПД насоса, так как происходит переток жидкости из полости всасывания насоса в полость всасы­ вания центробежного колеса. Объемный КПД насоса не изменя­ ется и при износе щелевого уплотнения, что заметно проявляется в традиционной схеме разгрузки торцевых уплотнений центро­ бежных насосов.

В настоящее время в насосах, перекачивающих нефть, ндтпла применение импеллерная система охлаждения торцевых уплотне­ ний. Вместо обычных щелевых уплотнений устанавливают втулку с винтовой нарезкой, которая при вращении вместе с валом насо­ са создает динамический напор, действующий в сторону, противо­ положную местоположению камеры уплотнения (рис. 2.25).

Рис. 2.25. Винтовой импеллер

69

3 -2 -1 6 4

Гладкая внешняя втулка, связанная с корпусом насоса, имеет предельный проточный канал, сообщающий полость всасывания колеса с камерой уплотнения. Устанавливающаяся постоянная циркуляция жидкости по этому каналу через камеру уплотнения обеспечивает необходимое охлаждение торцевого уплотнения. В этой системе циркуляция жидкости также не влияет на величи­ ну объемного КПД насоса. Применение подобных динамических уплотнений в насосах, перекачивающих маловязкие нефтепро­ дукты, вызывает необходимость создания винтовой нарезки как на вращающейся, так и на неподвижной втулках.

Импеллер устанавливают вместо щелевого уплотнения в про­ межутке между камерой торцевого уплотнения и полостью всасы­ вания насоса. Радиальный зазор (см. рис. 2.25), обычный для лаби­ ринтных уплотнений, составляет 0,3 4- 0,6 мм. Втулка вала имеет винтовую нарезку с размерами: т , h — шаг и глубина нарезки; Ъ— ширина выступов; а — угол наклона винтовой линии.

Взаимосвязь параметров определяют из безразмерных соот­ ношений:

(ш - Ь)/ш = 0,6 н-0,7; (Л + 6)/6 = 10 ч-20.

Угол а выбирают в пределах 5 4-10°.

Число заходов нарезки не влияет на создаваемое импеллером давление, а подача возрастает пропорционально числу заходов на­ резок. Расчеты и исследования, проведенные в Уфимском госу­ дарственном нефтяном техническом университете, показывают, что минимальный расход нефти через полость камеры торцевого уплотнения должен составлять 2 4- 3 м3/ч. Расход зависит от мате­ риала трущихся пар, контактного давления в парах, режима рабо­ ты торцевого уплотнения. При перекачке нефтепродуктов расход жидкости через полость камеры торцевого уплотнения должен быть увеличен.

2.3.2. Система смазки и охлаждения подшипников

Основное насосно-силовое оборудование перекачивающих станций имеет принудительную систему смазки (рис. 2.26). С по­ мощью шестеренчатого насоса 1 заполняют маслом бак 2. Основ­ ной насос 3 подает масло через фильтры 4 и маслоохладитель 5 в маслопроводы, соединенные с узлами, требующими смазки (под-

70