книги / Нефтегазовое дело. Полный курс

давление до 10 МПа. М еж ду кры ш кам и установлены нагнетательны е секции с рабочими колесами. Рабочие колеса установлены на общем валу 13. Вал соединен с электродвигателем через зубчатую м уф ту 14. Н еф ть через входной патрубок под кры ш кой 1 попадает в первую ступень на­ гнетателя, затем последовательно в другие рабочие колеса. Н еф ть в нагнетателе получает необходимый напор и через выкидной патрубок под крыш кой б уходит из насоса.

Рис. 12.12. Трехсекционный насос типа НМ:

1 — входная крышка; 2 — предвключенное колесо; 3 — секция; 4 — направляющий аппарат; 5 — второе рабочее колесо; 6 — напорная крышка; 7 — подушка подпятника; 8 —торцевое уплотнение; 9— под­ шипник качения; 10 — втулка; 11—диск; 12 — первое рабочее колесо; 12 — вал; 14 — зубчатая муфта

Необходимый кавитационны й запас д л я подпорных насосов нахо­ дится в пределах до 0,05 МПа и м ож ет быть обеспечен за счет превы ­ шения уровня н еф ти в резервуаре, Д ля этого подпорные насосы распо­ лагаются на пониж енных отм етках в вертикальном колодце. Подпор­ ные насосы долж ны иметь хорош ую всасываю щ ую способность, которая достигается низкой частотой вращ ения вала — порядка 1000 об/мин. Все подпорные насосы являю тся одноступенчатыми с двухсторонним входом ж идкости (рис. 12.13).

Роторная часть насоса с рабочим колесом 16 м онтируется на верти ­ кальном валу 13 внутри секций 7. Корпус насоса 2 м онтируется внутри стакана 1. Вал опирается внизу на подш ипник скольж ения, вверху — на радиально-упорны й ш ариковы й подшипник.

На ф онаре насоса вертикально устанавливается электродвигатель. Роторы насоса и двигателя соединены муфтой. Н еф ть из резервуара поступает в насос ч ерез приемны й патрубок в рабочее колесо 16. Н еф ть

Технические характери стики некоторы х насосных агрегатов при ­ водятся в табл. 12.2.

Таблица 12.2. Технические характеристики некоторых основных и подпорных насосных агрегатов

Рассмотрим особенности основных узлов и деталей центробеж ны х нагнетателей. Корпус рассчитан на предельное давление 7,4 МПа и мо­ жет быть выполнен из стали или чугуна. В зависимости от состава и температуры перекачиваем ого продукта, а такж е от мощности агрега­ та корпус м ож ет быть цельнолиты м или сварным.

Корпус нагнетателей м ож ет бы ть выполнен с горизонтальным и вер­ тикальным разъем ам и; его стенки имеют различную ф орм у и толщ ину в зависимости от развиваем ого агрегатом номинального давления. Д ля облегчения дем онтаж а насоса всасываю щ ий и нагнетательны й патруб ­ ки обычно располагаю т в ниж ней половине корпуса.

Всасываю щ ие, нагнетательны е и пром еж уточны е диаф рагм ы ком­ прессоров (насосов) образую т едины й канал для потока перекачивае­ мого продукта через неподвиж ны е участки корпуса. В сасы ваю щ ая ди ­ афрагма компрессора направляет газ в м еж лопаточное пространство первого рабочего колеса и м ож ет быть снабж ена регулируем ы м направ­ ляющим аппаратом д л я оптим изации угла вектора скорости входящ его потока. В канале промеж уточной диаф рагм ы кинетическая энергия по­ тока преобразуется в энергию давления.

Н агнетательная диаф рагм а образует д и ф ф узор и нагнетательную улиту на вы ходе потока из агрегата. П ри использовании сменных рабо­ чих колес м агистральны х насосов одновременно могут использоваться вставны е сопла в корпусе и разделительной перегородке для улучш е­ ния организации потока перекачиваем ого продукта.

Роторы агрегатов состоят из вала, рабочих колес, втулок, баланси­ ровочного барабана и упорного диска. К аж ды й агрегат имеет набор гео­ м етрически одинаковы х рабочих колес, которы е устанавливаю тся на валу посадкой с натягом. Ротор насоса вращ ается в подш ипниках сколь­ ж ения с принудительной смазкой. Для восприятия неуравновеш енных осевых сил служ ит радиально-упорны й подш ипник, установленный на конце ротора. На другом конце ротора устанавливается зубчатая муф ­ та для соединения с электродвигателем .

В алы насосных агрегатов изготавливаю тся и з стали м арки 40Х. За­ готовки для валов могут быть горячекатаны е или кованые диаметром до 250 мм. Рабочие колеса могут иметь откры тую или закры тую конст­ рукцию. И х лопатки могут быть приварены или припаяны тверды м при­ поем к диску и бандаж у. Л опатки обычно имею т обратны й наклон, углы которого определяю тся рабочими характеристикам и нагнетателя.

Рабочее колесо насоса двустороннего действия представляет собой соединение двух диагональны х рабочих колес (двух половинок) с ло­ паткам и двойной кривизны . В больш инстве случаев колеса имеют семь лопаток. Иногда половинки рабочих колес располож ены симметрично, иногда имею т смещ ение. И з условия прочности диски колес утолщ аю т­ ся по направлению к втулке. Л опатки колес загнуты назад с углом вы­ хода до 150°. Ф орм а кривой лопатки обеспечивает плавное приращ ение скорости. На вы ходе из рабочего колеса ж идкость достигает скорости 50 м /с.

Вы пускаю тся такж е цельны е рабочие колеса, изготовленные ф ре­ зерованием и не имею щ ие сварны х швов. К аж дое рабочее колесо перед сборкой подвергается динамической балансировке на повыш енной ско­ рости вращ ения. Б алансировка ротора производится после установки на вал каждого отдельного его компонента.

На рабочее колесо с односторонним входом действует неуравновешен­ ная осевая сила Т, направленная в сторону входа в колесо (рис. 12.14). Сила возникает за счет того, что в зазоры м еж ду колесом и корпусом попадает перекачиваем ая ж идкость, находящ аяся под большим давлением.

У плотнения прим еняю т для предотвращ ения обратного перетока и утечек перекачиваем ого продукта. О братны й поток ф орм и руется от

области нагнетания к области всасы вания по зазору S v а такж е м еж ду отдельными ступеням и агрегата по каналу, образованному зазором на втулке вала и зазором S l (см. рис. 12.14).

В магистральных центробежных насо­ сах применятся два типа уплотнений: бес­ контактные —- щелевого или лабиринтного типов и контактные — концевые, в качестве которых использую тся торцевы е уплотне­ ния. Бесконтактны е уплотнения р азд еля ­ ют полость высокого давления м еж ду кор­ пусом и колесом с областью всасывания. Эти уплотнения находятся внутри насоса и не требую т постоянного наблю дения и обслуживания. Л абиринтны е уплотнения устанавливают на втулке вала для исклю ­ чения утечек м еж ду ступеням и и на ди ­ афрагме у входа в рабочее колесо. Л аби­ ринты изготавливаю т из легких сплавов или других коррозионно-стойких м атери ­ алов и легко заменяю тся. Число зубцов в уплотнении и величина зазоров вы бира­ ются в зависим ости от реж им ов работы агрегата.

Концевое уплотнение служ ит для предотвращ ения выхода п ерека­ чиваемой ж идкости в помещ ение насосного цеха. Если в щ елевы х уп ­ лотнениях допускаю тся значительны е утечки, поскольку эти уплотне­ ния внутренние, то вы ход неф ти ч ерез контакт вала с корпусом долж ен быть исключен. Д ля сведения концевы х утечек к минимуму использу­ ются уплотнения (контактные кольца) из истираемого материала. В этом случае зубцы уплотнения закреплены на роторе и касаю тся и стирае­ мого м атериала на статоре. В зоне контакта мощность трения перехо­ дит в тепло, что обусловливает возрастание тем пературы уплотнения. Поэтому приходится приним ать меры для охлаж дения торцевы х уп ­ лотнений, например, им пеллерны е устройства.

П одш ипники р ад и ал ьн ы е и упорны е. П одш ипники ско л ьж ен и я обычно являю тся сегментными и оборудую тся термопарами, а упорные оборудуются тензодатчикам и для изм ерения осевого усилия. В после­ дние годы некоторы е агрегаты оборудую тся активны м и магнитными подшипниками.

П ри последовательном соединении насосов общ ий расход перекачиваем ой ими ж идкости один и тот ж е, а развиваем ы е ими напо­ ры суммирую тся (рис. 12.15). Система двух насосов, соединенных пос­ ледовательно, им еет следую щ ую характеристику:

Рис. 12.15. Последовательное соединение насосов и суммирование их ха­ рактеристик

При параллельном соединении насосов расходы перекачиваемой ими

жидкости суммирую тся, а развиваем ы е ими напоры при этом являю т- сяодинаковыми. Система двух насосов, соединенных параллельно, име­ ет следую щ ую характеристику:

Если допустить, что напоры параллельно работаю щ их насосов не равны , тогда насос с больш им напором «задавит» насос с меньш им на-

пором и будет вести перекачку неф ти через этот насос. «Задавленный» насос в гидравлическом смы сле уж е не будет перекачиваю щ им агрега­ том, а станет подобием ещ е одного трубопровода. Таким образом, у па­ раллельно работаю щ их насосов напоры всегда равны м еж ду собой.

Х арактеристикой перекачиваю щ ей станции назы ваю т суммарную характеристику всех работаю щ их насосов за вы четом (Q— Н е х а р а к ­ теристики подводящ их коммуникаций (обвязки).

Насосы НПС и линейная часть неф тепровода составляю т единую гидродинамическую систему. Р еж им работы такой системы определя­ ется ее рабочей точкой. Рабочей т о ч к о й системы, состоящ ей из несколь­ ких насосов и нескольких трубопроводов, назы вается точка пересече­ ния суммарной характеристики всех насосов и суммарной характери с­ тики всех трубопроводов системы.

Рабочая точка системы хар актери зует гидродинамическое единство составляющих ее элем ентов (насосов и трубопроводов). Она показы ва­ ет, что насосы развиваю т такие напоры, которые равны гидравличес­ кому сопротивлению трубопроводов. Рабочая точка такж е показы вает, что насосы обеспечиваю т такую подачу, которая равна пропускной спо­ собности трубопроводов.

Для нормальной работы любого насоса необходимо, чтобы минималь­ ное давление на входе в него превы ш ало давление насыщ енных паров перекачиваемой ж идкости на величину кавитационного запаса.

12.6.5.П р и в е д е н н ы е х ар а к те р и с ти к и

ц е н тр о б е ж н ы х н агн етател ей га за

Д виж ение газа в газопроводе в целом зад ается компрессор­ ными станциям и (КС), находящ им ися в начале каждого участка трубо­ провода. К аж дая КС состоит из отдельны х цехов, в которых параллель­ но (в случае одноступенчатого сж атия) или последовательно (в случае многоступенчатого сж атия) установлены газоперекачиваю щ ие агрега­ ты (ГПА) с нагнетателями.

На м агистральны х газопроводах использую тся центробеж ны е н а ­ гнетатели, действую щ ие по тому ж е принципу, что и центробеж ны е насосы. П ринудительное перем ещ ение газа против сил давлен и я осу ­ ществляют ГПА, состоящ ие и з привода (газотурбинного, эл ек тр и ч ес ­ кого), вращ аю щ его вал рабочего колеса (центробеж ного нагнетателя). Частота вращ ен и я рабочих колес со ставл яет 4,5— 7,0 тыс. об./м ин. В нагнетателе за счет центробеж ны х сил происходит перем ещ ение газа из области низкого д авлен и я на входе р вх в область высокого д ав -

• оп ределяется объемный расход газа на входе в нагнетатель:

(12.19)

где р ст, Тст, 2, — давление, тем п ература и коэф ф ициент сжимаемости газа в стандартны х условиях.

В последнем вы раж ении <Эцм — производительность центробежного нагнетателя, приведенная к стандартны м условиям:

(12.20)

где т н — число работаю щ их нагнетателей; QK(. — производительность компрессорной станции.

Зад аваясь трем я значениям и оборотов ротора в диапазоне возмож ­ ных частот вращ ения нагнетателя, определяю т Q|]p и [п /п Д ф. Получен­ ны е точки наносятся на хар актер и сти ку и соединяю тся плавной лини­ ей (кривая abc рис. 12.16).

О п ределяется требуем ая степень повы ш ения давления с. И з этой точки проводится горизонтальная линия до пересечения с кривой abc. Точка пересечения определяет все искомые параметры .

В нутренняя мощность, потребляем ая ЦН, оп ределяется из (12.17)

(12.21)

П олезная мощность, необходимая для сж ати я газа от давления на входе в нагнетатель до давления р вых м ож ет быть определена с помо­ щью любой из двух следую щ их зависимостей:

(12.22)

(12.23)

В последних уравнениях величина у я вл яется показателем адиаба­ ты перекачиваемого газа, т. к. процесс сж ати я газа в нагнетателе счита­ ется адиабатическим . Д ля м етана показатель адиабаты у = 1,31.