книги из ГПНТБ / Рабей И.Л. Грузовые операции на нефтеналивных судах

не применяют, что, видимо, следует отнести за счет слабого освоения их выпуска в соответствии с требованиями судостроительной промышленности. Имеются раз­ работки ряда типоразмеров для винтовых насосов, параметры которых вполне подходят для условий работы на многих танкерах и перекачивающих станциях.

По технико-экономическим данным из всех существующих типовых насосов наиболее производительными при перекачке нефтепродуктов с вязкостью, не пре­ вышающей 2 —3 ст, являются центробежные насосы, получившие самое широкое

распространение во всех отраслях народного хозяйства. Они особенно эффектив­ ны на перекачке холодной воды, т. е. жидкости с очень малой вязкостью, не об­ ладающей давлением насыщенных паров. При переходе на перекачку более вязкой жидкости, например масел, мазута, параметры центробежных насосов существенно меняются и определяются приближенными методами пересчета ха­ рактеристик.

Пересчет рабочей и кавитационной характеристик, полученных при испыта­ ниях на воде, на другую жидкость, при сохранении скорости вращения, обычно производится для жидкостей с кинематической вязкостью более 0,53 слР/сек, что

путем обработки экспериментальных данных в зависимости от числа Рейнольдса, выраженного через производительность и эквивалентный диаметр рабочего колеса.

4. Пересчет заканчивается построением характеристик

Q = tf; N — f I (Q); rj — / 2 (Q) •

С изменением вязкости перекачиваемой жидкости меняется и кавитацион­ ная характеристика.

96

Изменение кавитационного запаса характеризуется графиком, но которому

отношение запасов для различных по вязкости жидкостей представлено в виде функции числа Рейнольдса

AÄ2

Дhx = / (Re),

где Aft) и Д/і2 — кавитационный запас при различной вязкости.

Величина отношения \hJAh2 приближается к единице только при больших

Рис. 33. Зависимость -к. п. д. насосов от вязкости жидкости и вакуумметрической высоты всасывания:

к повышению гидравлического сопротивления всасывающего трубопровода при общем ухудшении всасывающей способности насосной установки. К. п. д. в этих условиях резко снижается у лопастных насосов и более медленно у объемных. Изучение изменения к. п. д. у насосов, используемых в практической работе на нефтефлоте, подтвердило влияние вязкости жидкости и вакуумметрической высоты всасывания (рис. 33) при работе таких типов, как 10НДВ, 8 НДВН, ЭНПН-4, ЭМН-5, ВС-200 и ПКП-250.

Влияние вязкости на снижение подачи, напора и к. п. д. меньше сказывается на насосах большой производительности. Следовательно, допустимая предельная вязкость при перекачке вязких нефтепродуктов зависит от производительности

насоса.

Центробежные насосы для перекачки вязких нефтепродуктов обычно приме­ няют с производительностью, превышающей 2 0 0 м3/ч.

При перекачке вязких нефтепродуктов для увеличения к. п. д. следует уве­ личивать скорость вращения и использовать насосы с возможно большей удель­

ной быстроходностью «8=85-^100.

Результаты при пересчете характеристик насоса, перекачивающего вязкие жидкости, с меньшей частоты оборотов на большую оказываются несколько за­ ниженными, а при пересчете с большей частоты оборотов на меньшую — завы­

шенными.

Кроме центробежных насосов, большое распространение имеют поршневые насосы.

Поршневые насосы подразделяются:

1 ) по способу привода на паровые прямодействующие, у которых давление пара на поршень парового цилиндра передается жидкости непосредственно через поршень гидравлического цилиндра; приводные, с кривошипно-шатунным меха­

счетырьмя рабочими камерами;

3)по положению оси поршня — на горизонтальные и вертикальные.

Паровые прямодействующие поршневые насосы применяются в качестве гру­ зовых при перекачке как светлых нефтепродуктов, так и нефтепродуктов с по­ вышенной вязкостью (сдвоенные насосы четверного действия), зачистных двой­ ного действия и вспомогательных. На зачистке лучше работают насосы с боль­ шим ходом поршня.

Однако насосы этого типа неэкономичны. Расход пара на I л. с. у прямо­ действующих насосов обычно составляет 30—60 кгс/ч, у мощных насосов сни­ жается до 20—25 кгс/ч, причем снижение расхода пара достигается путем услож­

нения конструкции насоса, между тем величина расхода пара еще остается весь­ ма значительной.

Приводные поршневые насосы по сравнению с прямодействующими более экономичны, но установка с ними дороже, эксплуатация сложнее, поскольку, кроме насоса, имеется еще двигатель и редуктор. Приводные насосы способны развивать большое давление в напорной сети, но всасывающая их способность хуже, чем прямодействующих. Особенно нецелесообразно их использовать на режиме зачистки, т. е. при работе на всасывание. Это объясняется тем, что в отличие от поршней прямодействующих насосов, равномерно движущихся на зна­ чительной длине хода, скорость поршней приводных насосов изменяется по си­ нусоиде — возрастает в первой половине хода и снижается во второй.

Приводные насосы выпускаются простого и двойного действия, одинарные, сдвоенные и строенные, причем последние имеют наилучший коэффициент нерав­ номерности, характеризующий стабильность подачи.

При работе на вязких нефтепродуктах коэффициент подачи меньше, чем при работе на воде из-за увеличения гидравлического сопротивления клапанов.

Поршневые насосы снабжаются нагнетательными воздушными колпаками.' Для правильной работы воздушного нагнетательного колпака целесообразно снаб­ дить его устройством для непрерывной подкачки воздуха. Действие одного из таких устройств гидравлического поршня заключается в следующем.

При разрежении в полости, с которой соединена труба, уровень нефтепродук­ та в ней опускается, нефтепродукт действует как поршень и через клапан заса­ сывает атмосферный воздух. При нагнетании, когда давление в полости насоса увеличивается, находящийся в трубе воздух нагнетается гидравлическим порш­ нем через клапан в воздушный колпак. Применение гидравлического поршня и устройства для определения уровня нефтепродукта в колпаке дает возможность уменьшить коэффициент неравномерности, что повышает производительность на­ соса.

98

Установка воздушных колпаков на всасывающей и напорных линиях насоса при правильно выбранных размерах, как правило, выравнивает скорость жидко­ сти в трубопроводах и приближает характер движения к установившемуся.

Для обеспечения равномерной подачи насоса, не имеющего воздушного кол­ пака на всасывающей линии и безотрывного обтекания жидкостью поршня, необ­ ходимо, чтобы максимальное число двойных ходов насоса удовлетворяло условию

всасывающей линии насоса, ж ст. жидк.\ s — ход поршня, ж; L — длина всасы­

вающей линии, ж.

Для улучшения работы насосной установки без воздушных колпаков на вса­

сывающей линии, число двойных ходов не должно быть больше

для насосов современной конструкции и работе на светлых нефтепродуктах при отсутствии влияния упругости паров; k — коэффициент для насоса двойного дей­

ствия равен единице; для тройного действия — 1,5; для четверного действия—2; Я, £ — коэффициенты сопротивления трубопровода; L — длина участка всасываю­

щей линии от приемника до воздушного колпака.

Воздушные колпаки целесообразно устанавливать возможно ближе к всасы­ вающей коробке насоса. Следует учитывать, что воздушные колпаки значительно улучшают работу насоса во время выкачки основного груза; на зачистке приме­ нять колпаки не рекомендуется, так как при малейших попаданиях порций воз­ духа они наполняются воздухом, который Сможет быть выкачан насосом только после многих ходов. По этим же причинам при зачистке следует применять вса­ сывающие трубопроводы возможно меньшего объема.

Для каждого насоса нормальное число ходов в минуту должно соответство­ вать паспортной производительности при наибольшем коэффициенте наполнения цилиндров. Число ходов регулируется в зависимости от условий работы и усло­ вий всасывания.

Регулирование по условиям всасывания производится в тех случаях, когда требуется привести в соответствие скорость хода поршня (и, следовательно, дви­ жение нефтепродукта за поршнем) и скорость нефтепродукта в приемном трубо­ проводе во избежание разрыва струи в трубопроводе.

Если необходимо продолжать выкачку, когда груза в барже остается немного, подтекание его к приемнику недостаточное и появляется «прохват» воздуха в приемнике, то следует уменьшить число ходов поршня, чтобы производитель­ ность соответствовала возможному подтеканию груза к приемнику при самом небольшом «прохвате» воздуха.

Если производительность насоса ограничивают внешние условия на напор­ ной линии, т. е. работа насоса с полной производительностью вызывает чрезмерно повышенное давление, регулировку обычно осуществляют при помощи перепуск­ ного клапана. Для этого сохраняют регулировку числа ходов насоса по условиям всасывания, а давление в напорной части понижают — частично открывают пере­ пускной клапан нагнетательной и всасывающей коробок насоса.

Поршневые насосы на речных танкерах применяются только в качестве зачистных, а на плавучих перекачивающих станциях — в качестве как основных грузовых, так и зачистных. На танкерах грузоподъемностью 3300 и 5000 т в

качестве зачистного установлен электроприводной поршневой насос ЭНП-7/3, а на танкерах грузоподъемностью 2800 т имеется два электроприводных порш­

В ряде случаев поршневые насосы используются также для перекачки не только вязких нефтепродуктов, но и маловязких, обладающих высоким давле­ нием насыщенных паров (бензинов). В этом случае они как и центробежные насосы резко снижают подачу, восстановить которую удается только путем при­ менения специальных устройств в виде отмеченных выше эжекторных установок со струйными насосами. Однако струйные насосы имеют очень низкий к. п. д., который снижает общий к. п. д. всей установки. В качестве примера на рис. 34 приведены характеристики струйного насоса, определяющие зависимость удель­ ной подачи (отношения подачи аппарата к подаче эжектирующего насоса) от удельного напора (отношение напора аппарата к напору рабочей струи), а также зависимость к. п. д. от удельной подачи.

Разновидностью насосов объемного типа являются роторные насосы, не нуж­ дающиеся в воздушных колпаках ввиду высокой равномерности подачи.

Шестеренные насосы, предназначенные в основном для перекачки высоко­ вязких нефтепродуктов (мазуты, гудроны, асфальты, мази, пасты), со стороны всасывания имеют достаточно большие проходные сечения, что сокращает потери на приеме.

Производительность шестеренных насосов рассчитана на широкие пределы — 0,004—1150 м3/ч, рабочее давление — до 70 кг/см2 (предел рабочего давления

1 0 0

достигает 210 кг/см2), скорость вращения от 200 до 4000 обімин. При высоких

оборотах трудность заключается в заполнении насоса, поскольку зубцы шестерен на всасывающей стороне движутся навстречу жидкости со скоростями, во много раз превышающими скорость жидкости. Для заполнения высокооборотного на­ соса применяют подпорный центробежный или шестеренный насос.

Рис. 34. Характеристические кривые струйного насоса

Низкая стоимость, обусловленная простотой конструкции, высокий к. п. д., широкий диапазон рабочих скоростей, достаточное давление, высокая прочность и надежность в работе, малый относительный вес и минимальное число деталей являются преимуществами шестеренных насосов. Один из недостатков — значи­ тельный шум, возникающий при работе.

Шестеренные насосы большой производительности применяют для перекачки жидкостей различной вязкости. В обычном исполнении такие насосы имеют чугун-

Измерение

ИаИпенай

Рис. 35. Разрез винтового насоса ВС-200

101

Относительное содержание свободного Воздуха

Рис. 36. Рабочая характеристика винтового насоса ВС-200 при расположении всасывающего трубопровода с горизонтальной петлей

ный корпус, роликовые подшипники и шевронные шестерни. Насосы со средней производительностью рекомендуется использовать в случаях, когда перед запус­ ком возможен подогрев высоковязкой жидкости для заполнения насосов.

Разновидностью роторных насосов является винтовой насос, в частности испытанный в производственных условиях на нефтефлоте тип ВС-200 (рис. 35). Насос имеет два ведомых и один ведущий винты и рассчитан на подачу 200 м3/ч вязкого нефтепродукта при напоре более 70 м вод. ст. Рабочая характеристика

такого насоса показана на рис. 36, из которого видно, что чем больше вязкость

Рис. 37. Рабочая характеристика винтового насоса ВС-200 при располо­ жении всасывающего трубопровода с вертикальной петлей

перекачиваемого мазута, тем выше его производительность и затрачиваемая мощ­ ность, но ниже к. п. д. Насос ВС-200 используется на плавучих нефтестанциях, у которых всасывающий трубопровод имеет вертикальный участок (петлю), воз­ вышающийся над плоскостью палубы. При таком расположении этой петли рабо­ чая характеристика насоса ВС-200 отличается от характеристики, приведенной на рис. 36, тем, что подача насоса снижается вместе с мощностью, а к. п. д. удерживается в тех же пределах (рис. 37).

В табл. 25 приводятся основные характеристики перекачивающих насосов, применяющихся на нефтеналивном флоте нашей страны.

103

1 0 4

Г л а в а V I I

СИСТЕМА ПОДОГРЕВА ГРУЗА

Общие сведения

Система подогрева предназначается для подготовки вязких грузов к выгруз­ ке, а именно:

а) поддержания температуры груза на заданном уровне путем сообщения теп­ ла для компенсации теплообмена груза с внешней средой;

б) повышения температуры груза до заданного уровня (до начала разгруз­ ки), при котором обеспечивается возможность выгрузки (предварительный подо­ грев) с учетом компенсации теплообмена;

в) сообщения грузу тепла во время разгрузки (для поддержания темпера­ туры груза или ее повышения) с учетом компенсации потерь от теплообмена.

В систему подогрева нефтеналивных судов входят следующие основные эле­ менты: источник энергии; подогреватели в танках; системы канализации энергии;, средства контроля и управления процессом.

Системы подогрева груза различаются по источникам энергии и конструк­ тивному исполнению. На большинстве нефтеналивных судов в качестве источ­ ника энергии (тепла) для подогрева вязких нефтепродуктов используется водя­

ной пар.

В последнее время проводятся исследовательская работа и конструкторские разработки по созданию систем подогрева с иными теплоносителями и источни­ ками тепла.

В таких системах предполагается применять:

электрический подогрев с нагревательными элементами в грузовых танках; горячеструйный подогрев, при котором теплоносителем будет часть груза* отбираемого из танков. Подогреватели (теплообменники) в этом случае располо­ жены вне танков и могут обогреваться различными источниками тепла — паром*

отработавшими газами; подогрев с использованием высокотемпературных теплоносителей, нагретых

при помощи какого-либо источника тепла в теплообменниках вне танков; тепло, в этих судах передается от теплоносителя к грузу через подогреватели, распо­ ложенные в танках.

Паровая система подогрева

В настоящее время груз подогревается в танках паровыми поверхностными подогревателями при ограниченных параметрах пара (по Правилам Речного Ре­ гистра до 7 кгс/см2). Греющие элементы в виде прямых труб или змеевиков про­

кладываются по днищу судна. Пар вырабатывается котлами, установленными не­ посредственно на танкерах или на специальных плавучих установках-пародателях (последние обычно обслуживают только несамоходный флот). Стальные трубы подогревателей быстро изнашиваются, подвергаются коррозии и через три — пять лет выходят из строя.

В паровой системе подогрева с трубчатыми подогревателями в танках пере­ нос тепла происходит при естественной конвекции груза. Нижние придонные (100—200 мм) слои вязкого нефтепродукта при этом плохо прогреваются.

Подогреватели различаются материалом греющих элементов (стальные, чу­ гунные, из различных сплавов цветных металлов), конструкцией (гладкие и реб­ ристые, различной формы), расположением (горизонтальные и вертикальные — спиральные), схемой соединения греющих элементов между собой в общую

систему подогрева.

Применяются следующие основные конструктивные схемы подогревателей; змеевиковые (рис. 38) и секционные (рис. 39) с продольным или поперечным'

расположением (относительно ДП) греющих элементов; продольно-прямоточные (рис. 40), греющие элементы (трубы) которых про­

ходят через поперечные переборки; петлевые (рис. 41).

105.