книги / Нефтегазовое дело. Полный курс

К объектам второй группы относятся: пониж аю щ ая электрическая подстанция с распределительны м и устройствами; комплекс водоснаб­ жения; комплекс по отводу промы ш ленны х стоков; котельная с тепло­ выми сетями; узел связи; лабораторны й корпус; мастерские; пож арное депо; склад и т. д.

На головных НПС осущ ествляю тся следую щ ие технологические операции: прием и учет нефти; краткосрочное хранение неф ти в р езер ­ вуарах; внутристанционны е перекачки нефти; закачка неф ти в МТ; за ­ пуск в полость трубопровода очистны х и диагностических устройств.

На пром еж уточны х НПС осущ ествляется увеличение напора транс­ портируемой нефти. П ри работе НПС в реж им е «из насоса в насос» (ко­ нец предыдущ его участка трубы МН подключен к линии всасы вания насосов) пром еж уточны е НПС не имеют резервуарн ы х парков. В д р у ­ гих случаях резерву арн ы е парки имеются. На пром еж уточны х НПС устанавливаются такж е системы сглаж ивания волн давления и защ и ­ ты от гидравлических ударов.

МН разбиваю тся на эксплуатационны е участки протяж енностью до 800 км, которые соединяю тся друг с другом через резервуарны е парки, поэтому в течение некоторого времени каж ды й участок м ож ет вести перекачку независимо от соседних участков. Эксплуатационные учас­ тки в свою очередь состоят и з 3— 5 более коротких участков, разделен ­ ных промеж уточными НПС, которы е работаю т в реж им е «из насоса в насос» и гидравлически связаны друг с другом.

Для сниж ения затр ат на сооруж ение НПС используется метод их блочно-модульного исполнения. Все оборудование станции входит в состав ф ункциональны х блоков, м онтируется и испы ты вается на заво ­ де. При этом блочно-модульны е НПС могут быть открытого типа, когда насосные агрегаты разм ещ аю тся под навесом на открытом воздухе.

Важным элементом НПС явл яется узел учета неф ти на потоке, ко ­ торый размещ аю т на пути движ ения неф ти из резервуара к неф тепро ­ воду меж ду подпорной и м агистральной насосными.

Типичным элем ентом схем ы НПС я в л я е т с я у зе л п р и ем а -п уска средств очистки и диагностики внутренней полости нефтепровода. На го­ ловных НПС размещ аю тся только камеры пуска, на промежуточных — камеры пуска и кам еры приема, на конечных — только кам еры приема. Каждое из средств очистки обладает своими преимущ ествами и недо­ статками. Например, эластичны й ш аровой разделитель обладает повы ­ шенной проходимостью, способен преодолевать суж ения трубы и к р у ­ тые повороты, но обладает худш ими очистными свойствами по сравне­ нию со скребками.

Д ля приема разделителей с преды дущ его участка используют спе­ циальную кам еру, в которую разд ели тель поступает вместе с потоком нефти. Д ля пуска раздели телей используется другая кам ера, из кото­ рой раздели тели вместе с потоком неф ти уходят на следую щ ий учас­ ток нефтепровода.

М агистральны й газопровод (МГ) в своем составе им еет головную и промеж уточны е компрессорные станции (КС), обеспечивающ ие расчет­ ную пропускную способность трубопровода.

В начальны й период разработки м есторож дений давление поступа­ ющего природного газа бы вает достаточно большим, поэтому необхо­ димость в сооруж ении головной КС отсутствует. Головную КС строят позднее, уж е после ввода МГ в эксплуатацию .

Разм ещ ение КС по длине трассы зависит от рабочих параметров МГ. Обычно оно колеблется в пределах 80 — 150 км.

Головная КС предназначена для приема газа от источников (с про­ мысла), очистки его от пыли и сероводорода, осуш ки, охлаж дения и ком­ прим ирования — сж ати я до рабочего давления.

Д ля вы полнения этих технологических операций в составе головной КС имею тся следую щ ие объекты:

•узел пы леуловителей;

•узел очистки газа от серы и сероводорода;

•узел осуш ки газа, состоящ ий из цеха низкотем пературной сепа­ рации, холодильной станции, конденсатного парка, насосной для подачи диэтиленгликоля и др.;

• компрессорный цех; аппарат воздуш ного охлаж дения (АВО);

•понизительная электроподстанция, если в качестве привода ис­ пользую тся электродвигатели;

•электростанция собственных нуж д, если приводом служ ит газо­ турбинная установка;

• оборотная система водоснабж ения с градирней;

• пож арная система водоснабж ения с водонапорной башней;

• система канализации, склады и др.

П ром еж уточная КС используется д л я очистки газа от пыли и его компримирования. В состав сооруж ений промеж уточной КС входят:

• узел подклю чения КС к МГ ; цех очистки газа с системой маслохозяйства;

• н аруж н ая обвязка центробеж ны х нагнетателей;

• компрессорный цех, оборудованный нагнетателям и с приводом от газовы х турбин или от электродвигателей . Ц ех вклю чает в себя насосную оборотного водоснабж ения, а такж е пункт подготовки и

12.5.Классификация, состав и компоновка перекачивающих

редуцирования топливного и пускового газа для К ^, оборудован­

ных газовыми турбинами; АВО;

•электростанция собственных нуж д для КС с привоД°м от газовы х турбин;

• м еж цеховы е технологические трубопроводы газа, Э°ДЫ и масла;

•открытое и закры тое распределительны е устройства на КС с при­ водом от электродвигателей . ОРУ состоят из силоВЬ1Х пониж аю ­

щих трансф орм аторов и м асляны х вы клю чателей. ЗР У вклю чаю т в себя пусковую ап п аратуру электродвигателей и трансф орм ато ­ ры собственных нужд;

• контрольно-распределительны й пункт (КРП ) для редуцирования газа на нуж ды КС.

Генеральный план перекачиваю щ ей станции долж ен додерж ать ком ­ плексное реш ение планировки и благоустройства территории, р азм е ­ щение зданий и сооруж ений, транспортны х и инж енерных коммуни­ каций. Грунты на площ адке под сооруж ение станции долж ны быть су­ хими и обладать достаточной несущ ей способностью, р е^ ьеФ местности должен быть пологим для самотечного отвода поверхностны х вод. Не допускается сооруж ение станций в зонах санитарной оэфэны источни­ ков водоснабжения. При разм ещ ении сооруж ений станций учиты ваю т стороны света и преобладаю щ ее направление ветров.

Компоновка зданий компрессорных (рис. 12.7) и насосных (рис. 12.8) цехов должна обеспечивать нормальную эксплуатацию насосов, комп­ рессоров и газотурбинных установок, а такж е возможность выполнения их ремонта без остановки перекачки продукта. В зданиЯх устанавлива­ ют мощные системы вентиляции и противопожарные перегородки.

4 25,40

----- » .

Рис. 12.7. Компоновка компрессорного цеха с газотурбинным приводом:

1 — входное воздухоочистительное устройство; 2 — га20ТУрбинный при­ вод; 3 — дымовая труба; 4 — центробежный нагнетатель

Н агн етател и и газотурби н н ы е устан овки (ГТУ) компрессорного цеха отделены друг от друга газонепроницаем ой стеной из кирпича или ж елезобетонн ы х панелей. Особенностью компрессорного цеха с ГТУ я в л яется наличие мощ ных газоходов, которы е устанавливаю тся д л я каж дой турбины отдельно, и ды м овы х труб. П одобная компонов­ ка использовалась в составе ком прессорны х станций газопровода Бу­ х а р а — Урал.

»! \

Рис. 12.8. Насосный цех, оборудованный насосными агрегатами НМ 3600-230:

J —■кран ручной мостовой; 2 —*задвижка с электроприводом; 3 — кла­ пан обратный; 4 — всасывающий трубопровод; 5 — насос с электродви­ гателем; 6 — кран мостовой

Г азоперекачиваю щ ий агрегат с газотурбинной установкой компрес­ сорного цеха им еет входной тракт с воздухозаборны м и устройствами и шумопоглощением, выходной тракт с выхлопными (дымовыми) трубами (ш ахтами) и утилизационным теплообменником, систему топливного и пускового газа с запорной арматурой, входные и выходные технологи­ ческие трубопроводы газового компрессора с запорными и регулирую ­ щ ими кранам и и др. Выхлопное устройство, вклю чая дымовую трубу, долж но обеспечивать рассеивание загрязняю щ их вещ еств в атмосфе­ ре до уровня допустимы х концентраций.

В последнее врем я здания цехов делаю т исклю чительно каркасного типа. К аркас здания образую т колонны, подкрановы е балки, уклады ­ ваемые на консолях колонн, и двускатны е балки покры тия. Простран­ ство м еж ду колоннами заполняется стеновыми панелями. В машинном зале устанавливается кран, необходимый для вы полнения монтажных работ при строительстве и ремонтах.

12.6.Ц ЕН ТРО БЕЖ Н Ы Е НАСОСЫ И НАГНЕТАТЕЛИ ГАЗА

12.6.1. П р инц ип д е й ст в и я ц е н тр о б е ж н ы х н а гн е та те л е й

Д ля обеспечения течения газа, течения любой ж идкости по трубе нуж ен соответствую щ ий напор (перепад давления м еж ду нача­ лом и концом трубы). Требуем ы й напор для перекачки ж идкостей со­ здают насосы, требуем ы й напор д ля перекачки газов — компрессоры.

Насосы — устройства д л я принудительного перем ещ ения ж идко­ стей от сечения с меньш им значением напора (давления) к сечению с большим значением напора. Компрессоры такж е принудительно пере­ качивают газы.

Для перекачки неф ти и газа по магистральны м трубопроводам ис­ пользуются преимущ ественно центробеж ны е нагнетатели, в которых жидкость перем ещ ается центробеж ной силой. Эта сила возникает при вращении рабочего колеса с проф ильны м и лопатками.

Ц ентробеж ная сила заставл яет ж идкость двигаться вдоль лопаток от центра колеса к его периф ерии. Т ечение ж идкости в меж лопаточном канале им еет вихревой характер . По длине окруж ности выхода из ко­ леса относительные скорости и давления изм еняю тся по сложному з а ­ кону. Г раф ик изм енения давления имеет разры вы в м естах располо­ жения лопаток (рис. 12.9).

Рис. 12.9. Эпюра давления на выходе жидкости из каналов рабочего колеса

За счет центробеж ны х сил ж идкость преодолевает перепад давл е ­ ния меж ду периф ерийной областью колеса и осевой областью. Для осу­ ществления ж идкостью такого перем ещ ения необходимо затрачивать энергию на вращ ение рабочего колеса.

Часть перекачиваю щ его агрегата, в которой разм ещ ается рабочее колесо, назы вается центробеж ны м нагнетателем (рис. 12.10). Ч асть аг­ регата, которая обеспечивает вращ ение вала с рабочим колесом, н азы ­ вается приводом.

Рис. 12Л0. Принципиальная схема насосной установки на базе центробеж­ ного насоса:

Î — всасывающий трубопровод; 2 — всасывающий патрубок насоса: 3— спиральная камера; 4 — нагнетательный патрубок; 5 —задвижка; б — напорный трубопровод; 7 — вакуумметр; 8 — рабочее колесо; 9 — манометр

На ж идкость, заполняю щ ую вращ аю щ ееся колесо, действует цент­ робеж ная сила (pct?r), где р — плотность ж идкости; со — угловая ско­ рость вращ ения колеса; г — расстояние частицы ж идкости от оси вра­ щ ения. Эта сила способна преодолеть некоторы й перепад давления Др и заставить ж идкость течь из области низкого давления в область вы­ сокого давления.

И з уравнения баланса сил, действую щ их в пределах радиуса R ра­

где Н = Др1рд — диф ф еренциальны й напор насоса; f(Q) — потеря напо­ ра в рабочем колесе насоса за счет сил трения, которая зависит от подачи (расхода) Q насоса. В случае полного перекры тия нагнетательной линии (Q —0) из последнего уравнения получается следую щ ее выражение:

Это вы раж ение определяет максим альны й напор, который может разви ть центробеж ны й насос.

Ф ункциональная связь м еж ду диф ф еренциальны м напором Н и подачей Q носит название напорной (Q— Н ехар актер и сти ки насо­ са. Эта зависим ость им еет монотонно убываю щ ий характер.

При постоянном числе оборотов рабочего колеса сущ ествует зако ­ номерность: чем больш ий перепад давлений преодолевает нагнетатель, гем меньш ую подачу неф ти он обеспечивает. Н апорно-расходны е х а ­ рактеристики ц ен троб еж н ы х насосов аппроксим ирую т следую щ ей двухчленной зависимостью :

где расход Q и зм еряется в м:!/ч , а — м, b — м /(м 3/ч )2. Н асосы распола­ гают в порядке возрастания подачи от 125 м3/ч . и выше. Н апример, м а­ гистральный насос НМ 7000-210, рассчитанны й на номинальную пода­ чу 7000 м:5/ч и номинальный напор 210 м, им еет следую щ ую х ар актер и ­ стику: Н = 299 _ 0,194 • 1 0 '5 • Q-.

Когда приводятся характеристики насосов, то имею тся в виду но­ минальные значения их параметров. Например, насос НМ 2500-230 мо­ жет иметь подачу больш е или меньш е 2500 м:1 Соответственно и напор может бы ть разным.

Зависимость напора от расхода у центробежных насосов имеет моно­ тонно убывающий характер (рис. 12.11 ). На этом рисунке такж е представ­ лены зависимости мощности N, коэф фициента полезного действия h и минимального допустимого напора на входе НД1Я от расхода (подачи) Q.

Я,м

В линейной части МН поток ж идкости те р я е т (расходует) м еха ­ ническую энергию , которая п ереходи т в тепло и р ассеи в ается в про ­ странстве.

П ри ум еньш ении подачи ум еньш аю тся гидравлические потери в рабочем колесе (нагнетателе), и создаваем ы й напор увеличивается, при­ ближ аясь к м аксимальному значению (12.5).

Какой именно расход будет обеспечивать насос в нефтепроводе, за­ висит от совместной работы насоса и обслуж иваемого участка трубо­ провода. Эта задача реш ается с помощью уравнения баланса напора для всего магистрального трубопровода.

П олезная мощность насоса определяется следую щ ей формулой:

О бщ ая м ощ ность, затр ач и ваем ая насосны м агрегатом в процессе работы, по значению больш е его полезной мощности. Общ ая мощность представляется зависимостью :

Здесь 7] — КПД насосной установки, который равен произведению ко­ эф ф ициентов полезного действия нагнетателя и привода.

Д ля каж дой насосной установки сущ ествует интервал расходов, в котором ф ункция rj{Q) близка к максимуму.

Основные м агистральны е неф тяны е насосы в зависимости от типа требую т для нормальной работы некоторое минимально допустимое давление на входе р вх, величина которого изм ен яется в диапазоне от 0,2 до 0,87 МПа. Д ля создания такого необходимого давления на входе в ос­ новной м агистральны й насос использую тся горизонтальны е и верти­ кальны е подпорные насосы.

Основными элем ентам и насосов являю тся корпус с горизонтальным разъемом, насаж енное на вал рабочее колесо диаметром до 800 мм, уп­ лотнения и подшипники. Рабочее колесо устанавливается в кольцеобраз­ ной камере переменного сечения. На ступицу рабочего колеса посажены криволинейные лопатки, которые при вращ ении колеса увлекаю т жид­ кость и вы брасываю т ее по расш иряю щ ейся спиралевидной камере кор­ пуса в напорный патрубок.

П ри перекачке неф ти часто возникает необходимость в изменении гидравлических характеристик насосов. Эти изм енения осущ ествляю т­ ся трем я способами: заменой рабочего колеса насоса на колесо другого диам етра; изм енением числа оборотов; перепуском части неф ти из ли­ нии нагнетания в линию всасывания.

При замене рабочего колеса центробежного нагнетателя диаметром D() на колесо диаметром D 1гидравлическая характери стика насоса изме­

График характеристики растягивается вдоль оси напоров в ( D ^ D J 2 раз и вдоль оси расходов — в (D l/D 0) раз.

При изменении ч а с т о т ы вращ ения рабочего колеса с номинальной п0 об/мин на другую частоту п ] об/м ин новая рабочая характеристика

Все паспортны е характер и сти ки нагнетателей определяю тся «на воде». В специальной ли тературе приводятся правила пересчета хар ак ­ теристик нагнетателей «с воды» на транспортируемую ж идкость.

Сущ ествует такое понятие — коэф фициент быстроходности насосов

“ н

Здесь разм ерности парам етров следую щ ие: п — об/мин; Qtt — расход номинальный, м3 /с ; Н н — напор номинальный, м.

При вязкости неф ти, превы ш аю щ ей определенное значение, необ­ ходим пересчет характеристи к нагнетателей. П ересчет необходимо д е ­ лать. когда кинем атическая вязкость неф ти будет превы ш ать некото­ рое критическое значение, которое определяется с помощью коэф ф и ­ циента бы строход н ости насоса. В ели чин а кр и ти ческого зн ач ен и я вязкости неф ти обычно находится в пределах от 100 до 200 сСт. П ри вязкости неф ти более 300 сСт необходимо использовать специальны е способы перекачки.

Х арактеристику ЦН можно изм енять такж е м е т о д о м перепуска. При перепуске часть неф ти из линии нагнетания возвращ ается по бай­

где qtt — возвращ аем ы й в линию всасы вания расход нефти.

В этом случае граф ик измененной гидравлической характеристики насоса оказы вается ниж е граф ика исходной характеристики.

12.6.3.К он струкц и и о с н о в н ы х м аги стр ал ьн ы х и п о д п о р н ы х н а с о с о в

М агистральны е неф тепроводы оснащ аю тся насосами типа НМ, предназначенны ми для перекачки неф ти и неф тепродуктов с тем ­ пературой до 80 °С, кинем атической вязкостью до 300 сСт и содерж ани ­ ем механических примесей до 0,06 %. Основные насосы НМ — центро-

беж ные, одноступенчатые, горизонтальны е спирального типа. Насосы на небольш ую подачу (до 710 м:,/ч.) имеют три рабочих колеса с одно­ сторонним входом жидкости. Б олее мощ ные насосы имеют одно рабо­ чее колесо с двухсторонним входом.

Основные МН являю тся вы сокопроизводительны ми, быстроходны­ ми машинами. И звестно, что при возрастании скорости ж идкости умень­ ш ается давление в потоке. Д авление на входе в насос долж но быть та­ ким, чтобы не возникало опасное явление — кавитация, которая приво­ дит к быстрому износу нагнетателя и сниж ает КПД.

Д ля подачи неф ти из резервуаров НПС к магистральным насосам ус­ танавливаю т специальные подпорные насосы. В качестве подпорных ис­ пользую тся насосы типа НПМ, которые разм ещ аю тся в отдельном зда­ нии, расположенном вблизи от резервуарного парка. Иногда подпорную насосную заглубляю т, чтобы обеспечить больш ий напор во всасывающей линии. Подпорные насосы забираю т неф ть из резервуаров и подают ее на вход МН, создавая на входе необходимый кавитационный запас. Бескавитационная работа подпорных насосов обеспечивается установкой перед входом в рабочее колесо литы х предвклю ченных колес.

На пром еж уточны х НПС, работаю щ их по схем е «из насоса— в на­ сос», необходимый рабочий подпор создается преды дущ ей НПС.

С ущ ествую т стандарты на основные и подпорные насосы для МТ. Насосы в стандартном ряду располож ены в порядке возрастания пода­ чи от 125 до 12 500 м:!/ч . Насос самой больш ой подачи НМ 10000-210. М аркировка расш и ф ровы вается так: насос м агистральны й с подачей 10 000 м3/ч и напором 210 м.

Н а НПС основные МН соединяю т последовательно, чтобы развива­ емы е ими напоры суммировались. Насосы с подачей вы ш е 500 м;!/ч со­ единяю т последовательно по три, из которы х один резервны й. Другие м арки насосов соединяю т последовательно по два.

По конструкции основные насосы подразделяю тся на два типа: сек­ ционные многоступенчаты е с колесами одностороннего входа с пода­ чей до 710 м:,/ ч и одноступенчаты е с колесам и двухстороннего входа на более высокие подачи. М асса спиральны х насосов с двусторонним под­ водом м ож ет достигать 10 000 кг. П оследние имеют сменные колеса (ро­ торы ) на подачи от 0,5 до 1,25 QH, где QH— подача насоса с основным колесом при номинальном реж им е перекачки.

На рис. 12.12 представлена конструктивная схема трехсекционного неф тяного насоса типа НМ. К орпус н агн етател я ограничен входной кры ш кой 1, располож енной над линией всасы вания, и напорной крыш ­ кой б. Корпус секционны х насосов рассчитан на предельное рабочее