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

/возможность в отдельных случаях приема груза из других судов.

Рассмотрим специфику некоторых из этих требований и условия их выпол­ нения.

Разгрузка нефтепродуктов в заданное время обеспечивается, если произво­ дительность насосной установки соответствует грузоподъемности судна. Продол­ жительность полной разгрузки определяется по формуле

не должна превышать времени простоя флота, установленного общепринятыми

и производительности грузовой и зачистной систем. Средние значения этой доли составляют для малых и средних судов 0,08—0,12%, для крупных — 0,04—0,06%.

сов колеблется в очень широких пределах от 100 до 3—5 тыс. т/ч и обычно обес­

печивается группой насосов.

Перекачка нефтепродуктов с высоким давлением насыщенных паров

Особенности работы насосных установок обусловливаются физическими свой­ ствами нефтепродуктов и геофизическими условиями расположения насоса и вса­ сывающей магистрали по отношению к уровню перекачиваемой жидкости.

Возникновению кавитации в насосной установке в значительной мере способ­ ствуют нефтепродукты, характеризующиеся высоким давлением насыщенных паров.

Если к тому же всасывающая магистраль и насос находятся над уровнем перекачиваемой жидкости, возникает опасность еще большей степени появления

8 6

Установить величину кавитационного запаса затруднительно из-за того, что сложность процесса образования полостей при давлении ниже критического на входе жидкости в насос не позволяет простыми средствами описать явление из­

87

менения давления в сечении Г —I' с достаточной для практики точностью. Неф­

тепродукты представляют собой сложную смесь разнообразных углеводородов, имеющих резко различные свойства. Так, например, фракционный состав бензина марки Б-78, характеризующийся выкипанием легких фракций, следующий: мета­

С8Н18 (А8%, кипит при 124° С).

Давление ра насыщенных паров смеси определяется по закону Генри — Даль­

ном состоянии), т. е. число грамм-молекул в процентах к общему числу грамммолекул, содержащихся в паровой фазе; Ріи — парциальное давление отдельных

компонентов.

(в жидком состоянии), т. е. число грамм-молекул в процентах к общему числу грамм-молекул, содержащихся в жидкой фазе; pt ж— упругость паров отдельных

компонентов при температуре перекачки (определяется по соответствующим графикам для отдельных углеводородов).

Для отдельного компонента

Nj_

2 0 =

N"

(78)

N f

Уі = N M

где іѴп и Nж — соответственно число молей паров и число молей жидкости, %,

N a = N ” + N % + . . . + N n;

88

т. е. давление насыщенных паров данного нефтепродукта прямо пропорциональ­ но содержанию низкокипящей фракции (в жидкой фазе), давлению ее паров и отношению числа молей паров жидкости. С увеличением содержания паров в смеси давление повышается и, следовательно, уменьшается максимально дости­ жимый вакуум.

В паровой фазе при постоянном давлении в трубопроводе и отношении Ып/Ыж будет находиться одновременно несколько компонентов. При этом угле­

водородов с большой упругостью паров будет больше, а углеводородов с малой упругостью — меньше, так как в произведении Nx p'K меньшим значениям рж соответствуют большие значения Ыж.

Пользуясь полученной зависимостью (85), можно установить величину дав­ ления, обусловливающего возникновение кавитации.

Пример. При выкачке бензина с установившейся температурой фракций упру­ гость паров жидкой фазы составляет рж = 500 мм рт. ст. В парообразном состоя­

нии находится 1 0 % всей фракции, т. е.

N u

N n : N " = 0,1 и 7ѴЖ= 1 — -------- = 0 , 9 ,

К

а число молей жидкости будет составлять 20% (Л^пж = 0,2).

0,10

Давление р п= 0,2 -500^ -^ = 11 мм рт. ст.

Если в парообразное состояние перейдет 50% всей фракции, давление изме-

„0,50

Любой нефтепродукт, состоящий из большого количества различных угле­ водородов, не имеет постоянной точки кипения, т. е. каждая фракция кипит при той температуре, при которой давление ее паров равно внешнему давлению, дей­ ствующему на жидкость.

Следовательно, при некотором давлении в трубопроводе, близком по вели­ чине к парциальному давлению отдельных фракций, имеющих меньшее давление паров, чем во всей жидкости, в трубопроводе образуются пары (в высшей по расположению точке), т. е. наступит кавитационный режим работы насоса при давлении меньшем, чем давление паров жидкости (смеси). Поэтому для анализа условий работы насосной установки при перекачивании жидкости с высоким давлением насыщенных паров уточнять величину давления паров предпочтитель­ нее непосредственными измерениями. Во всяком случае, эксплуатационный запас йзап, обеспечивающий устойчивую работу насосной установки, не следует при­

нимать менее 1 — 2 м.

Работа насосных установок, используемых на плавучих или береговых пере­ качивающих станциях для выкачки из нефтеналивных судов (барж, лихтеров) нефтепродуктов с высокой упругостью паров, затруднительна. Для улучшения условий работы насосной установки даже при благоприятном ее размещении, т. е. ниже уровня воды (в корпусе плавучей станции или заглубленном железо­ бетонном бычке береговой установки), между насосной установкой и судном участки соединительных трубопроводов располагают значительно выше как уровня груза, так и насосов.

89

Условия работы насосной установки в каждом отдельном случае рассматри­ ваются конкретно. При этом баланс напоров рекомендуется устанавливать по следующей схеме.

Высота установки насоса (по горизонтальной оси) над днищем танков судна

Лд — разница отметок уровня груза при наличии дифферента. Из формулы (81) находим

Перенеся напоры в ле®ую часть уравнения, а потери в правую, получим

В качестве примера рассмотрим баланс напоров (располагаемых) и потерь.

А. Располагаемый напор

2. Уровень груза в танке Аг р = 2 м.

3.Дифферент Ад = 2,5 м.

Всего 2Анап = 9,5 м.

Б. Потери напора

1. Высота установки насоса под днищем # Ст = 1,5 лт

2 . Потери напора во всасывающем трубопроводе hf= 2 м.

Рп

3. Потери, определяемые упругостью паров, — = о м

Всего 2АПот = 8,5 м.

Запас Азап~2Анап — 2 Адо т = 1 м.

Неблагоприятные условия работы обычно наблюдаются при запуске насоса и в конце выкачки. При запуске уровень груза в танке максимальный, диффе­

при минимальном уровне груза в танках.

Всасывающая способность насоса зависит от величины кавитационного за­ паса ДА. Значение ДА можно взять из кавитационной характеристики, приводи­ мой обычно в паспортах насосов на основе стендовых испытаний. При этом сле­ дует учитывать, что в паспортных характеристиках величина ДА дается в метрах водяного столба или долях атмосферного давления.

При отсутствии паспортной характеристики ДА для центробежных насосов определяют по эмпирической формуле С. С. Руднева

где п — число оборотов в минуту; Q — производительность насоса, мѣІсек; Ск —

кавитационный коэффициент, зависящий от коэффициента быстроходности насо­ са (табл. 2 1 ).

90

Т а б л и ц а 21

установки, при выборе насосов необходимо учитывать этот параметр и проверять расчетом пригодность .насоса для условий работы в данной установке.

Давление на поверхности перекачиваемой жидкости ра положительно влияет

на условия работы насосной установки. При выкачке нефтепродуктов с большой упругостью паров условия работы иногда складываются таким образом, что сравнительно небольшое повышение напора может вывести насосы из режима кавитации, поэтому целесообразно увеличить давление в танках на поверхности жидкости, в частности, путем уменьшения сопротивления устройств газоотвод­ ной системы.

Повышение напора наступает также в случае использования гидроэжектор­ ных установок в качестве побудителей (интенсификаторов) на всасывающей линии грузовых насосов.

Гидроэжекционный метод широко используют при выкачке груза из речных барж для повышения производительности выкачки нефтепродуктов с высоким

качку нефтепродукта из баржи. Эжектирующий насос 5 забирает часть нефтепро­ дукта из нагнетательной магистрали 2 грузового насоса и подает ее в эжектор 7,

вмонтированный в приемную трубу грузового насоса. В эжекторе рабочая струя жидкости выходит из сопла, присоединяет нефтепродукт из баржи, и расширяясь, повышает давление во всасывающем трубопроводе до величины, исключающей возможность появления кавитации.

Для заполнения насосов откачиваемой жидкостью перед началом работы, а также для сепарации воздуха, увлеченного при всасывании нефтепродукта, на всасывающей линии эжектирующего насоса устанавливается промежуточная емкость 3 в виде закрытого резервуара небольшого объема.

При такой схеме работы подача грузового насоса увеличивается и, хотя часть подачи расходуется на питание эжектирующего насоса, общая производи­ тельность установки значительно возрастает по сравнению с производительностью при выкачке без эжектора (особенно, если грузовой насос находится в режиме кавитации).

Применение эжектора возможно и целесообразно как в центробежных, так и в поршневых насосах.

Если статическое давление в напорном трубопроводе береговых емкостей, принимающих груз, достаточно велико (более 50—60 м) , то эжектирующий насос

91

можно не применять. В этом случае для работы эжектора отводится часть груза из напорного трубопровода.

Применение такого эжектирующего метода целесообразно и при выкачке нефтепродукта с высокой упругостью паров из танкера судовой насосной уста­ новкой в условиях, когда уровень груза з танках и дифферент корпуса не дают необходимого подпора у насоса, обеспечивающего его бескавитационную работу.

Рис. 29. Напорные характеристики насоса бНЦвБ с колесом диаметром 405 мм (на воде):

Применяемые на танкерах центробежные насосы располагаются обычно в спе­ циальном насосном отделении внутри судна у днища и начинают работать всегда с подпором. По мере снижения уровня откачиваемого нефтепродукта подпор уменьшается, а с ним снижается и производительность насоса. Кроме того, рабо­ чие колеса используются, как правило, закрытого типа с двумя дисками (перед­ ним и задним). При снятии дисков производительность насоса увеличивается, что можно проследить по кривым, приведенным на рис. 29 для насоса 6 НДвБ, установленного на танкерах проекта № 587 (грузоподъемностью 3300 т). Ана-

92

логичные характеристики приведены на рис. 30 для насосов 10НД-6ХІ, установ­ ленных на танкерах проекта № 558 (грузоподъемностью 5000 тс). Резкое сниже­

ние производительности при переходе на перекачку мазута свидетельствует

Рис. 30. Характеристика центробежного насоса 10НД-6Х1 при работе на ма­ зуте:

при работе на воде

Перекачка вязких нефтепродуктов

При изменении вязкости перекачиваемой жидкости у всех типов насосов в той или иной степени видоизменяется режим работы и соответственно с этим — подача, напор, мощность и к. п. д. Наиболее характерно это для центробеж­ ных насосов, однако у насосов объемного и роторного типов также изменяются показатели работы в зависимости от вязкости. Известно, что объемные и ротор­

93

ные насосы особенно устойчивы в работе при перекачке вязких жидкостей по сравнению с центробежными. Однако экономичность центробежных насосов обусловливает их использование при перекачке вязких нефтепродуктов.

На большинстве танкеров новейшей конструкции установлены центробежные насосы, основные параметры которых определены по условиям их работы на воде. Практика эксплуатации установок, оборудованных центробежными насосами, по­ казывает, что с увеличением вязкости перекачиваемого нефтепродукта существен­ но изменяется режим работы всей грузовой системы танкера, и основные показа­ тели работы отличаются от расчетных. Чем больше подача >и напор насосной установки, тем меньше такое расхождение. Однако и на крупных судах в конеч­ ной стадии выкачки основного груза и при работе зачиетных насосов расхождение фактических и расчетных показателей отрицательно сказывается на эксплуата­

ции нефтеналивного судна.

Наиболее правильно решать вопрос о выборе типа насосной установки таким

94

Таким образом, для получения вязкости 2—3 ст необходимо иметь довольно

высокую температуру подогрева нефтепродуктов. Практически перед наливом в суда температура мазутов не превышает 50—60° С ив течение рейса понижается до 30—40° С и ниже. В этих условиях при использовании центробежных насосов производительность выкачки будет низкой.

Практикой установлено, что для технико-экономических расчетов в качестве средней минимально необходимой температуры подогрева вязких нефтепродуктов

ные (центробежные, осевые, вихревые); насосы струйные (жидкостноструйные,

ирямодейетвующий; поршневой приводной электрический; центробежный с паро­ вым приводом (турбина); центробежный или объемный с гидроприводом и т. д.

Каждый из типов и конструкций насоса и привода обладает известными пре­ имуществами при перекачке тех или иных нефтепродуктов и недостатками, кото­ рые необходимо учитывать при выборе насоса. Например, основными достоин­ ствами поршневых насосов (особенно прямодействующих) являются хорошая всасывающая способность и сравнительно устойчивая работа даже при попада­ нии воздуха во всасывающий трубопровод.

Поэтому поршневые насосы, как правило, применяются в качестве зачистных. Повышение вязкости перекачиваемого нефтепродукта сравнительно мало сказывается на работе поршневых насосов (что также можно считать преиму­ ществом) и позволяет использовать их для перекачки мазута высокой вязкости. Большие габариты, вес, высокая стоимость и сравнительно низкая производитель­ ность (200—500 ж3/ч) — главные недостатки поршневых насосов.

На современных нефтеналивных судах и перекачивающих станциях приме­ няют преимущественно центробежные насосы небольшого веса и габаритов, имеющие высокий к. п. д., большую производительность, хорошо сочетаются с высокооборотным приводом (электродвигатель, дизель, паротурбина). Однако значительное снижение параметров при работе на вязких нефтепродуктах и высо­ кая чувствительность к условиям всасывания и попадания воздуха создают трудности при эксплуатации центробежных насосов.

Роторные объемные насосы отличаются хорошим всасыванием и устойчиво работают на вязких нефтепродуктах. Возможность удобного сочетания с при­ водом выгодно отличает эти насосы от поршневых. В настоящее время роторные насосы не получили пока применения в СССР на отечественных нефтеналивных судах, хотя имеются данные об использовании их на заграничных танкерах.

95