Проектирование и эксплуатация насосных и компрессорных станций

Рис. 2.26. Принципиальная схема системы смазки насосно-силовых агрега­ тов НПС

шипниками), откуда масло возвращается в бак 2. Отработавшее масло насосом 6 перекачивается в емкость 7. Аккумулирующий бак 8 предназначен для подачи масла при аварийных ситуациях, например при остановке насосов в случае отключении электро­ энергии. Техническая характеристика насосов, применяемых в сис­ темах смазки иуплотнения насосных агрегатов, приведена в табл. 2.3.

Насосы серии Ш (РЗ) — горизонтальные, самовсасывающие, снабжены предохранительно-перепускным клапаном, поставля­ ются комплектно с электродвигателями на чугунной плите или сварной раме.

Для привода насосов используют асинхронные короткозамк­ нутые электродвигатели серии КОМ трехфазного тока во взрыво-

71

Таблица 2.3

Насосы, используемые в системе маслоснабжения насосных агрегатов

ния, м

безопасном исполнении. Масляный бак — емкость сварной конст­ рукции. На нем смонтированы маслоуказатель, воздушник с сет­ кой, фланцы для присоединения трубопроводов, щуп для опреде­ ления уровня первоначальной заливки масла, а также предохрани­ тельный клапан.

Маслофильтры состоят из двух одинаковых фильтрующих па­ тронов, которые включены в маслосистему через трехходовые краны. Эти краны дают возможность пропускать масло через оба фильтра или только через один и заменять фильтрационные сетки без остановки агрегата. Степень засоренности фильтров можно кон­ тролировать манометрами, установленными до и после фильтра.

Маслоохладитель представляет собой трубчатый теплообмен­ ник. Вода циркулирует по решетке из латунных трубок, а масло — по межтрубному пространству внутри корпуса. В верхней части маслоохладителя имеются два крана для спуска воздуха из масля­ ной и водяной камер.

На патрубках входа и выхода масла имеются карманы для тер­ мометров.

72

Масляная коммуникация состоит из напорных и сливных труб, предназначенных для подвода и отвода масла. Всасывающие трубопроводы делают максимально короткими. Фланцевые соеди­ нения должны обеспечивать надежную герметичность. После сборки напорную масляную линию испытывают под давлением 5 кгс/см2, а всасывающую — под давлением 2 кгс/см2. На напорном масляном трубопроводе перед подшипниками установлены регу­ лирующие вентили или дроссельные шайбы, которые дают воз­ можность обеспечить необходимую подачу масла к подшипникам. На сливных патрубках подшипников имеются смотровые окна и места для установки термометров. Температура подшипников не должна превышать 60 °С.

Систему смазки рассчитывают исходя из уравнения теплового баланса

О = nN{ 1 - ту ^ GcM(t^ - flM) > GcB (f^ - flB) >kFQcp, (2.8)

где n — число действующих агрегатов; N — мощность на валу двигателя; т|п — КПД подшипника;

GM, GB — расход масла и воды соответственно;

См Св — удельная теплоемкость масла и воды соответственно; £1м ^2м — температура масла на входе и выходе подшипника; £1в, ^2в — температура воды на входе и выходе охладителя;

к — коэффициент теплопередачи в холодильнике; F — поверхность теплообмена;

0ср — средняя разность температур между маслом и водой.

Вуравнении (2.8) первое выражение представляет собой ко­ личество тепла, выделяемое во всех подшипниках установки, вто­ рое — тепло, уносимое маслом от подшипников (оно равно коли­ честву тепла, поступающего в водомаслоохладитель), третье — тепло, воспринимаемое водой, и четвертое — тепло, передаваемое от масла к воде. При составлении теплового баланса не учтены тепловые потери в окружающую среду. Исходя из уравнения теп­ лового баланса определяют необходимый расход масла.

Внекоторых нефтепроводных управлениях усовершенствова­ ли систему смазки. Теперь она состоит из следующих основных узлов: дополнительной емкости, установленной на высоте 6 м, тру­

бопроводной обвязки и запорной аппаратуры.

73

3-3 -1 6 4

Насосы, маслофильтры и маслобаки установили в обустроен­ ных помещениях, выполнили трассировку маслопроводов с мини­ мальным числом поворотов и без участков, способствующих обра­ зованию воздушных пробок. Все эти мероприятия позволили со­ здать надежное автоматическое включение резерва маслонасосов, снизить пожароопасность и повысить культуру работы вспомога­ тельного оборудования, исключить попадание масла на статор электродвигателя, обеспечить постоянный напор и расход масла

вподшипниках и надежную подачу масла к узлам трения для трех одновременно работающих насосных агрегатов в течение 20 мин

вслучае кратковременного исчезновения напряжения электро­ энергии.

Впоследнее время на НПС нашли широкое распространение аппараты воздушного охлаждения масла. На рис. 2.27 показана схема системы маслоснабжения с охлаждением масла воздухом.

о

и

>.

п

са

S

и

(С

X

Рис. 2.27. Схема маслоустановки с воздушным охлаждением масла

74

Из баков 1 масло рабочим насосом 2 подают через фильтры 3 и воздушные маслоохладители 4 по маслопроводам к узлам тре­ ния, а отработанное масло самотеком по линии слива поступает в маслобаки 1. Воздух в маслоохладитель подают центробежным нагнетателем 5. Обдувая трубный пучок, воздух охлаждает двига­ ющееся по трубкам масло. Температуру охлаждения масла конт­ ролируют и регулируют терморегулятором 6. Для обеспечения на­ сосного агрегата смазкой во время аварийного отключения элект­ роэнергии предусматривают маслобак 7 на высоте не менее 3 м от оси насосных агрегатов.

На схеме рис. 2.27 видно, что маслоустановка выполнена со 100 %-ным резервом, предусмотрена как параллельная, так и пос­ ледовательная работа воздушных маслоохладителей. Расход и дав­ ление масла регулируют путем перепуска части жидкости с нагне­ тания на всасывание по обводной линии.

Для охлаждения масла в этой схеме применен отопительный рециркуляционный напольный агрегат СТД-300М в исполнении для воды. Агрегат состоит из двух калориферов СТД-4047Б-12, со­ единенных между собой последовательно. Общая поверхность ох­ лаждения 158 м2, расход масла 18 м3/ч, расход воздуха 30 000 м3/ч. Воздух для охлаждения масла подается нагнетателем двусторонне­ го всасывания Ц4-70, который смонтирован в одном корпусе с электродвигателем А02-32-4.

Перед пуском маслосистемы в работу производят очистку на­ порных и сливных маслопроводов и масляного бака, затем систе­ му заполняют маслом через фильтры.

На подводах масла на смазку подшипников насосного агрега­ та устанавливают фильтрующие сетки с ячейкой не более 0,08 мм, проверяют уровень масла в баке, затем пускают маслонасос. При помощи вентиля на обводной линии регулируют расход масла в системе. Расход масла на подшипники насосных агрегатов регу­ лируют путем установки определенного сечения дроссельных шайб согласно инструкциям на эксплуатацию насоса и электро­ двигателя. После окончания прокачки системы берут пробу масла из нижней точки маслобака. При неудовлетворительном анализе масла (на содержание механических примесей) систему освобож­ дают, промывают и затем заливают чистым маслом. По окончании прокачки масла сетки, установленные на подводах масла на смаз­ ку подшипников, удаляют.

После приведения насосного агрегата в рабочее состояние

75

производят пуск маслонасосов. Когда давление в конце масляной магистрали достигнет 0,7 кгс/см2, дают разрешение на включение масляных выключателей электродвигателей насосных агрегатов.

В процессе работы контролируют температуру масла на выходе из маслоохладителей, она должна находиться в пределах 3 5 -5 5 °С.

Для смазки трущихся частей насосных агрегатов применяют минеральные масла, которые не должны содержать воду и меха­ нические примеси. Нельзя применять смазку с графитом, не до­ пускается также обилие смазки в шарикоподшипниках, так как это приводит к их быстрому нагреву.

Качество и свойства смазочного масла определяют по плотно­ сти, содержанию воды, вязкости, температуре вспышки и воспла­ менения, содержанию кислот, смол, золы и примесей твердых ве­ ществ.

Вода ухудшает способность масла образовывать на поверхно­ сти металла прочную масляную пленку. Часто образуется водо­ масляная эмульсия, что вызывает повышение температуры подшипников, повышенный износ деталей и даже приводит к за­ дирам трущихся поверхностей. Вода усиливает процесс окисле­ ния масла.

Лучшими считаются такие сорта масла, у которых температу­ ра незначительно влияет на вязкость. Такие масла можно исполь­ зовать в различных температурных условиях. Для эксплуатации применяют масла с температурой застывания не выше 0 °С.

Температуры вспышки и воспламенения характеризуют ис­ порченность масла и огнеопасность. Если пары нагретого масла вспыхивают при поднесении пламени, то такая температура соот­ ветствует температуре вспышки. Если нагретое масло загорается при поднесении пламени и продолжает затем гореть, эту темпера­ туру называют температурой воспламенения.

Кислоты, смолы, золы и механические примеси вызывают разъедание трущихся поверхностей и ослабляют смазочную спо­ собность масла. Кислотное число масла выражается в миллиграм­ мах на 1 г масла и показывает, сколько миллиграммов щелочи КОН необходимо для нейтрализации 1 г масла.

Сорт применяемого масла зависит от типа насоса, условий его эксплуатации и определяется заводом-изготовителем. Обычно для смазки подшипников насосов и электродвигателей применяют турбинное, машинное, авиационное масла, а также густые консис-

76

тентные смазки (солидолы и консталины).

В процессе эксплуатации химические и физические свойства масла изменяются. Происходит увеличение вязкости вследствие испарения легких фракций, повышается кислотность от воздей­ ствия воздуха и металла, увеличивается содержание механиче­ ских примесей, масло обводняется или насыщается нефтепродук­ том при попадании их из сальников, системы охлаждения и др. Такие изменения качества масла снижают его смазочные свойства и увеличивают износ трущихся деталей.

Срок службы масла зависит от его качества, степени изно­ шенности деталей, материала трущихся деталей, удельных давле­ ний, температурного режима и количества масла в циркуляцион­ ной системе.

Качество масла периодически проверяют в лаборатории. Мас­ ло следует заменить, если содержание механических примесей более 1,5 %, содержание воды свыше 0,25 %, кислотное число более 1,5 мг КОН на 1 г масла, температура вспышки снижена до 150 °С, содержание кокса повысилось до 3 %.

Поставщик для каждой партии масла дает паспорт с указани­ ем его качества и соответствия установленному стандарту, в про­ тивном случае выполняют лабораторный анализ пробы каждой партии масла. Норму часового расхода масла для каждого типа насоса или двигателя устанавливают на основании результатов заводских испытаний.

Система охлаждения (рис. 2.28). Охлаждение уплотнений и подшипников основных насосов 1, подшипников промежуточ­ ного вала 2, маслоохладителя 6, подшипников и воздухоохладителя электродвигателя 3 осуществляется холодной водой, подаваемой из градирни 4 водяными насосами 5 в нагнетательную линию 7. Отработавшая (нагревшаяся) вода по линии 8 поступает в градир­ ню для охлаждения. Для системы охлаждения используют преиму­ щественно консольные одноступенчатые насосы, а также вихре­ вые самовсасывающие насосы типов ЦВС, ВСМ.

Количество теплоты, которое необходимо отвести, определя­ ют по формуле

О = П ( 0 „ + О тр + Одв) + О хол= Л ^п(1 - ЛнЛтрЛдв) + *Я Э ср. (2.9)

3-4 —164

Лн» Лтр» Лдв — КПД насоса, трансмиссии и двигателя соот­ ветственно;

к — коэффициент теплопередачи в холодильнике; F — поверхность теплообмена в холодильнике;

0ср — средняя разность температур между маслом и водой;

Он= NH(1 —цн) — количество тепла, выделяемое при трении в подшипниках и уплотнениях насоса;

NH— мощность, подведенная к насосу;

Охр — N^(1 — — количество тепла, выделяемое в подшипниках трансмиссии;

NTp — мощность, подведенная к трансмиссии; Одв—N^(1 — -Лдв)— количество тепла, выделяемое двигателем.

Рис. 2.28. Принципиальная схема системы охлаждения насосно-силовых агрегатов

78

Количество воды, необходимое для охлаждения,

( 2. 10)

где св — удельная теплоемкость воды.

Величину At выбирают такой, чтобы температура охлаждаю­ щей воды не превышала 30 — 40 °С, так как при 45 °С начинается повышенное выпадение солей, загрязняющих поверхности тепло­ обменника. Обычно At принимают равным 10—15 °С.

К воде, поступающей для охлаждения насосных агрегатов, предъявляют следующие требования: содержание взвешенных механических примесей должно быть меньше 25 мг/л (25 г/м3); временная (карбонатная) жесткость должна быть меньше 3 мг-экв/л; допустимое содержание масла — следы. Свободные минеральные и органические кислоты должны отсутствовать.

Жесткость воды характеризуется наличием в ней накипеобра­ зующих солей кальция и магния. Различают временную, постоян­ ную и общую жесткость воды; последняя представляет сумму по­ стоянной и временной жесткости. За единицу измерения жестко­ сти (мг-экв/л) принято считать содержание кальция (Са) или маг­ ния (Мд) в 1 л воды.

В некоторых случаях в качестве охлаждающих жидкостей ис­ пользуют нефтепродукты. В таких теплообменных установках раз в смену проверяют воду или масло на наличие в них охлаждающих жидкостей. В случае обнаружения в масле или воде охлаждающей жидкости теплообменник отключают.

Полости охлаждения и теплообменные аппараты постепенно засоряются. Сроки и способы очистки зависят от степени загряз­ нения, жесткости и расхода охлаждающей жидкости, и их указы­ вают в инструкции по эксплуатации, составленной заводом-изго- товителем.

2.3.3. Система откачки утечек от торцевых уплотнений

При перекачке нефти и нефтепродуктов по магистральным трубопроводам могут иметь место утечки через концевые уплот­ нения вала насоса. Утечки от насоса самотеком поступают в спе­ циальный резервуар. Величина этих утечек незначительна, а при использовании уплотнений торцевого типа она сведена практи­ чески к нулю.

79

5

Рис. 2.29. Схема сбора утечек

Большой объем утечек (до 40 м3/ч с одного насосного агрега­ та) происходит через линии разгрузки концевых уплотнений. Утечки из линии разгрузки 2 насоса 1 (рис. 2.29) поступают на при­ ем подпорных насосов или в резервуары утечек 5. Периодически из резервуара утечек нефть или нефтепродукт закачивают насоса­ ми 4 во всасывающую линию 3 магистрального трубопровода.

Для откачки утечек нефти и нефтепродуктов используют центробежные насосы 4НК-5х1 и 6НК-9х1, многоступенчатые центробежные насосы ЦНСН-60-330 и другие высоконапорные насосы.

2.3.4. Средства контроля и защиты насосного агрегата

Надежную работу нефтепродуктопроводов обеспечивает за­ щита насосных станций, включающая приборы контроля, защиты и сигнализации, установленные на отдельных агрегатах и вспомо­ гательном оборудовании. Защита предохраняет насос от вибра­ ции, подшипники агрегата от перегрева и работы насоса в кавита­ ционном режиме, а также от чрезмерной утечки жидкости через уплотнения.

Работа оборудования на высоких скоростях требует беспере­ бойной подачи смазки и эффективной системы теплового контро­

80