База книг в электронке для ЭНН УТЭК / 1kumar_b_k_botakhanov_e_k_ekspluatatsiya_nasosnykh_i_kompress

Эксплуатация насосных и компрессорных станций

При постепенном нарастании давления (со скоростью менее 0,1÷0,2 МПа) "Аркрон" не срабатывает.

Рис. 1.3. Установка предохранительных устройств «Аркрон» на НПС:

1, 2 – электроприводные (управляемые) задвижки; 3 – эластичный перепускной клапан; 4 – безнапорные емкости сброса нефти

Предохранительные сбросные клапаны срабатывают при достижении давления в коллекторе независимо от скорости нарастания аварийного значения 2,0–3,0 МПа. Их схема подключения к технологическим трубопроводам НПС показана на рис. 1.4.

Рис.1.4. Подключение предохранительных клапанов к трубопроводной обвязке НПС:

1 – предохранительные клапаны; 2 – емкость для сбора нефти

11

Б. К. Кумар, Е. К. Ботаханов

После прохождения фильтров-грязеуловителей и площадочных сооружений промежуточной НПС с системами сглаживания и сброса волн давления нефть поступает в насосную на вход магистрального насосного агрегата.

Насосные относятся к взрывоопасным помещениям класса В-1а, в которых при нормальной эксплуатации взрывоопасных смесей горючих паров с воздухом быть не должно; их появление возможно только в результате аварий или неисправностей. Оборудование насосных агрегатов делится на основное и вспомогательное. К основному оборудованию относятся магистральные насосы и электродвигатели к ним, к вспомогательному – системы, предназначенные для обслуживания основного оборудования: смазки подшипников насосов, оборотного водоснабжения для охлаждения масла в маслоохладителях и воздушного пространства электродвигателей при замкнутом цикле вентиляции, отвода перекачиваемой жидкости от разгрузочных устройств насосов и отвода утечек от торцовых уплотнений, вентиляции, отопления, а также грузоподъемные механизмы.

Все системы имеют закрытое исполнение, рабочие реагенты циркулируют по замкнутому контуру.

Насосы, как правило, имеют встроенную систему импеллерного охлаждения торцевых уплотнений.

В зависимости от исполнения электродвигателей установка насосов и электродвигателей может быть осуществлена в общем зале и разных залах насосной.

Если двигатели в насосной установлены в невзрывобезопасном исполнении, то между залами насосных агрегатов и электродвигателей имеется разделительная стенка. Для защиты электрозала от проникновения взрывоопасных смесей, горючих паров с воздухом предусматриваются:

а) создание избыточного давления воздуха в электрозале подпорными вентиляторными;

б) установка сальниковых узлов между насосным и электрозалом;

в) установка безпромвальной камеры с подачей избыточного давления воздуха в места технологических разъемов разделительной стенки.

12

Эксплуатация насосных и компрессорных станций

Работа магистрального насосного агрегата взаимоувязана с комплексом, состоящим из технологических трубопроводов с приемо-выкидными задвижками и обратным клапаном, электродвигателем, вспомогательными системами и агрегатной автоматикой.

Насосная с насосными агрегатами, как главная составляющая часть НПС, во многом определяет надежность и безопасность эксплуатации нефтепроводной системы. Магистральные и подпорные насосные агрегаты потребляют 92–97 % всей энергии подводимой к НПС, поэтому качество изготовления, оптимальный выбор рабочих колес и современные конструкции их узлов, рациональная технология ремонта, постоянный контроль и анализ рабочих параметров предопределяют высокие требования к технологии их эксплуатации.

Для перекачки нефти по нефтепроводам применяются магистральные (типа НМ) и подпорные (типа НПВ) насосы по ГОСТ 12124-87 РФ. На их долю падает около 90 % парка всех насосов. Кроме того, в качестве магистральных используются насосы типа НД и ЦНС, а в качестве подпорных – насосы Вортингтон и НМП.

Насосы по ГОСТ 12124-87 выпускаются в климатическом исполнении УХЛ и У. Категории размещения по ГОСТ 15150-69 для насосов могут быть 1, 2 и 4. Все насосы допускают параллельную работу.

По конструкции магистральные насосы по ГОСТ 12124-87 разделяются на два типа. Это насосы на подачу от 125 до 710 м3/ч и насосы на подачу от 1250 до 10000 м3/ч. Первый тип представляет собой центробежный насос, горизонтальный, секционный, многоступенчатый с кольцевыми подводами и отводом жидкости и односторонним расположением рабочих колес. Осевые усилия ротора насоса разгружены посредством гидравлической пяты. Концевые уплотнения ротора – торцового типа. Для восприятия радиальных усилий служат подшипники скольжения с принудительной смазкой. Предельное рабочее давление в корпусе – 10 МПа. Насосы с напорами более 550 м последовательной работы не допускают. Насосы подачей

13

Б. К. Кумар, Е. К. Ботаханов

до 360 м3/ч допускают последовательную работу двух, остальные – трех одновременно работающих насосов.

Насосы второго типа, подачей от 1250 до 10000 м3/ч представляют собой центробежную машину, горизонтальную, одноступенчатую, с рабочим колесом двухстороннего входа. Спиральный корпус насоса имеет осевой разъем в горизонтальной плоскости. В корпусе отлиты каналы полуспирального подвода и двух заходного спирального отвода. Концевые уплотнения ротора торцового типа. Опорами ротора служат подшипники скольжения с принудительной смазкой. Неуровновешенное осевое усилие воспринимается сдвоенным радиально-упорным подшипником.

Насосы с подачей 1250 м3/ч и более допускают применение сменных роторов для работы на подачах, вне рабочей зоны основного (номинального) ротора.

Для расширения области применения насосов НМ допускается уменьшение напора и подачи путем обточки колес.

Насосы НМ соединяются с двигателем зубчатой или пластинчатой муфтой. Муфты могут быть выполнены с промежуточным валом.

Назначение подпорных насосов типа НПВ – обеспечение необходимого подпора для бескавитационной работы магистральных насосов. На НПС они соединяются по параллельной схеме. Четыре типа насоса рассчитаны на номинальные подачи

1250, 2500, 3600 и 5000 м3/ч.

Категория их размещения – 1 (на открытом воздухе), нижнее рабочее значение температуры окружающего воздуха – не ниже минут 50 °С.

Подпорные нефтяные насосы типа НПВ представляют собой вертикальную, одноступенчатую, с рабочим колесом двустороннего входа машину. Базовой деталью насоса является стакан, в нижней части которого приварено эллиптическое днище. К стакану приварен горизонтально направленный входной патрубок.

На напорном фланце стакана установлена крышка с горизонтальным напорным патрубком. К верхнему фланцу крышки крепится фонарь для монтажа электродвигателя. Проточная

14

Эксплуатация насосных и компрессорных станций

часть насоса имеет двухзавитковый спиральный отвод. На роторе насоса, помимо рабочего колеса, устанавливаются предвключенные колеса.

Гидравлическое осевое усилие ротора уравновешивается за счет применения рабочего колеса двустороннего входа. Масса ротора и неуравновешенная часть осевого усилия воспринимаются сдвоенным верхним радиально-упорным шарикоподшипником с консистентной смазкой. Радиальные усилия воспринимаются нижним и промежуточным подшипниками скольжения, смазываемые перекачиваемой жидкостью. Концевое уплотнение ротора торцового типа.

Насос с двигателем соединяется упруго-пальцевой или пластинчатой муфтой с проставкой.

Насосы типа НПВ имеют два варианта исполнения – с нормальным и укороченным валом.

Предельное рабочее давление насосов типа НПВ – 1,6 МПа, стакана – 1,0 МПа.

Подпорные насосы типа НМП (насос нефтяной магистральный подпорный) предназначен для перекачивания нефти к магистральным насосам и создания перед ними подпора, необходимого для обеспечения бескавитационной работы. Насосы этого типа центробежные, горизонтальные, одноступенчатые, с рабочим колесом двустороннего входа, корпус насоса имеет осевой горизонтальный разъем по оси насоса. В нижней части корпуса отлиты входной и напорный патрубки, расположенные горизонтально. Корпус имеет каналы полуспирального подвода и двухзаходного спирального отвода. На валу устанавливается рабочее колесо и два предвключенных осевых колес (по одному с каждой стороны рабочего колеса). Концевые уплотнения ротора торцового типа с подводом перекачиваемой жидкости от напорной полости насоса. Опорами ротора служат шарикоподшипники с жидкой смазкой при помощи смазочных колец. В корпусах подшипников выполнены камеры для охлаждающей жидкости.

Подшипник со стороны свободного конца вала наряду с радиальными воспринимает и осевые неуравновешенные усилия. Валы насоса и электродвигателя соединяются зубчатой муфтой.

15

Б. К. Кумар, Е. К. Ботаханов

Насосы НМП изготовлялись трех типов на номинальные подачи 2500, 3600 и 5000 м3/ч.

В настоящее время их производство прекращено. Подпорные вертикальные насосы Вортингтон (типа 26 QL

СМ/2) нашли применение в нефтепроводном транспорте ввиду хороших показателей надежности по сравнению с аналогичными насосами отечественного производства типа НПВ. В первую очередь это объясняется тем, что они имеют частоту вращения ротора 980 об/мин по сравнению с 1500 об/мин насосов НПВ. Сравнительно низкие обороты значительно снижают динамические нагрузки на основные детали и узлы насосов Вортингтон, что в сочетании с более высоким качеством изготовления увеличивают межремонтный ресурс в 22,5 раза по сравнению с насосами НПВ. Насосы Вортингтон типа 26 QL СМ/2 при номинальной подаче 5000 м3/ч имеют напор 120 м. Корпус насоса рассчитан на давление 1,6 МПа, стакана

– 1,0 МПа.

Корпус насоса состоит из первой ступени, включающей рабочее колесо двустороннего всасывания, расположенное в корпусе с двойной улиткой. Вторая ступень состоит из входного раструба, рабочего колеса и многолопаточного осевого диффузора. Опорой вала служит подшипник качения с бочкообразными роликами. Смазка жидкая, принудительная.

Вал насоса с двигателем соединяется при помощи зубчатой или пластинчатой муфты. В системе магистрального транспорта нефти используются в небольшом количестве насосы типа ЦНС (МС). Они представляют собой многоступенчатые секционные центробежные однокорпусные насосы. Число ступеней, в зависимости от требуемого напора, составляет от 218 до 10. По исполнению они изготавливаются двух групп – нормальной и высокооборотной. Подача насосов различных типоразмеров охватывает величины от 22 до 850 м3/ч, напор от 50 до 1440 м.

В качестве подпорных насосов на предприятиях нефтепроводного транспорта эксплуатируются еще насосы типа НДВН и НДСН. Это одноступенчатые насосы с рабочим колесом двухстороннего входа и частотой вращения до 1000 об/мин. Насосы чугунного исполнения и имеют горизонтальный разъем вдоль

16

Эксплуатация насосных и компрессорных станций

оси вала. Уплотнение вала, как правило, сальниковое. Опорами вала служат либо подшипники скольжения (насосы типа 14НДСН, 24НДСН), либо шарикоподшипники (насосы типа 8НДВН, 12НДСН, 20НДСН, 32НД-8х1). Отличительной особенностью насосов этого типа являются высокие значения КПД, которые сохраняются в течение продолжительного срока работы, хорошая всасывающая способность, низкие уровни вибрации, надежность в эксплуатации.

В качестве привода магистральных насосов используются синхронные типа СТД, СТДП и асинхронные типа АТД, АТД2, АЗП, ВЗМЗ, АРМП и другие электродвигатели на 6 и 10 кВ. Для привода подпорных насосов типа НМП и НПВ используются двигатели типа ДС, СДН, ВАОВ.

Электродвигатели характеризуются видом их механической характеристики

W – угловая скорость вращения; Мвр – вращающий момент двигателя.

Различают три вида механических характеристик электропривода (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Характеристика электропривода

Синхронные двигатели имеют абсолютно жесткую механическую характеристику, кривая 1.

Угловая скорость ротора такого двигателя не изменяется с изменением вращающего момента.

17

Б. К. Кумар, Е. К. Ботаханов

Асинхронные двигатели имеют менее жесткую характеристику, которая приводит (с ростом вращающего момента) к снижению угловой скорости двигателя на 3–6 %, кривая 2.

Двигатели постоянного тока, нерегулируемые по оборотам, синхронные и асинхронные двигатели имеют мягкую характеристику, кривая 4.

При регулировании режима работы насоса частотой вращения ротора двигателя рекомендуется характеристика 3, занимающая среднее положение между жесткой и мягкой характеристиками.

Двигатели мощностью до 5 МВт могут быть с разомкнутым или замкнутым циклом вентиляции. При мощности более 5 МВт имеет место замкнутый цикл вентиляции.

Основное насосное силовое оборудование перекачивающих станций имеет, как правило, принудительную систему смазки

(рис. 1.6).

Рис. 1.6. Система смазки подшипниковых узлов насосных агрегатов:

1 – аккумулирующая емкость; 2 – маслобаки; 3 – маслонасосы; 4 – агрегат воздушного охлаждения масло; 5 – фильтры;

6 – электродвигатель; 7 – насос

18

Эксплуатация насосных и компрессорных станций

Маслосистема состоит из основного и резервного маслонасосов, подающих масло из маслобака к подшипниковым узлам насоса и электродвигателя, маслофильтров, маслоохладителя (при необходимости). Для самотечного слива масла в маслобак

– оборудование маслосистемы размещается ниже уровня основной насосной в приямках или в отдельных, обустроенных помещениях.

С целью обеспечения надежной подачи масла к узлам трения работающих насосов при кратковременных исчезновениях напряжения предусмотрены аккумулирующие маслобаки, устанавливаемые на высоте 9 м в помещении электрозала либо вне него.

В качестве маслонасосов используются шестеренные роторные насосы типа РЗ подачей от 1,1 до 18 м3/ч, давлением от

0,3 до 1 ,4 МПа.

Подача масла к подшипникам осуществляется под давлением 0,05÷0,1 МПа и расходом 0,4–0,6 м3/ч на один подшипник. Температура масла на входе в агрегат должна находиться в пре-

делах 35–55 °С.

На НПС магистральных нефтепроводов применяются системы двух типов разгрузки торцовых уплотнений насосов – групповая и автономная.

Групповая система является единой для всех установленных в насосной агрегатов. Автономная система обеспечивает охлаждение торцовых уплотнений одного насоса.

Торцовые уплотнения надежно работают при наличии постоянной циркуляции нефти в зоне трущейся пары, необходимой для охлаждения элементов контактных пар и снижения коэффициента трения. Подачу нефти к торцовым уплотнениям осуществляют с помощью импеллеров, устанавливаемых на валу насоса. Объем нефти, перетекающий через контактные пары торцовых уплотнений, при нормальной работе насосов, а также при разрушении уплотнений, отводится в резервуар – сборник утечек НПС (рис. 1.7).

Система охлаждения насосных агрегатов предназначена для обеспечения требуемого температурного режима электро-

19

Б. К. Кумар, Е. К. Ботаханов

двигателей и охлаждения масла, подаваемого к подшипникам насосного агрегата.

Рис. 1.7. Схема сбора утечек:

1 – магистральный насос; 2 – линия сбора утечек; 3 – приемный коллектор магистральных насосов; 4 – обратный клапан; 5 – насос откачки утечек; 6 – резервуар-сборник утечек

Электродвигатели охлаждаются путем создания циркуляции воздуха внутри двигателя (продуваемое исполнение двигателя). Циркуляция воздуха в двигателе может выполнять также функции взрывозащиты – взрывозащищенное исполнение электродвигателя.

Продуваемые электродвигатели могут работать как при разомкнутом цикле вентиляции, так и при замкнутом. В первом случае свежий воздух для продувания подается в электродвигатель снаружи через фундаментную яму по специальному желобу с помощью вентиляторов, установленных в воздуховоде. После охлаждения двигателя воздух отводится за пределы взрывоопасной зоны по воздуховоду. У взрывозащищенных электродвигателей, работающих под избыточным давлением, регулирование давления воздуха осуществляется заслонкой, расположенной в выходящем воздуховоде. Ряд двигателей имеют вентиляторы, устанавливаемые на роторе.

Взрывозащищенные двигатели, продуваемые под избыточным давлением, могут работать по замкнутому циклу вентиляции. При этом воздух снаружи засасывается вентилятором, и

20