ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Многоступенчатые насосы бывают трех типов:

—многоступенчатые секционные (МС);

—многоступенчатые спиральные, с рабочими колесами одностороннего входа (М);

—многоступенчатые спиральные, имеющие первое колесо с двухсторонним, а остальные – с односторонним входами (МД).

Многоступенчатые насосы применяются для водоснабжения, гидромеханизации, откачки шахтных вод, питания котлов и в других областях техники, где требуются большие напоры. В этих насосах вода проходит последовательно через несколько рабочих колес, смонтированных в одном корпусе.

Напорнасосаравенсумменапоровпоследовательнорасположенных колес, пропускающих один и тот же расход жидкости. Многоступенчатые секционные насосы имеют обозначения ЦНС. Например, марка ЦНС 180-212: ЦНС — центробежный секционный насос; подача

Q=180м3/ч; напор H = 212 м.

Особуюгруппу(специальногоназначения)горизонтальных центробежныхнасосовсоставляютнасосыдляперекачкижидкостей,содержащих взвешенные частицы: фекальные, песковые, землесосы, багерные, изготавливаемые по типу консольных, и артезианские насосы.

Все центробежные насосы, предусмотренные стандартом, рассчитаны на привод от электродвигателей при непосредственном соединении упругой муфтой. Однако насосы типа К могут поставляться и со шкивом для ременной передачи.

2.7.4. Устройство и принцип действия центробежных насосов

На рис. 2.208 представлено устройство центробежного насоса, состоящего из рабочего колеса 1, корпуса насоса 2, подводящего канала 5 (входная часть корпуса от приемного патрубка насоса до рабочего колеса), отводящего канала 9 (часть корпуса, по которому жидкость, выброшенная из рабочего колеса, отводится

к напорному патрубку 7).

Рис. 2.208. Устройство центробежного насоса:

1 — рабочее колесо; 2 — корпус, 3 — всасывающий трубопровод; 4 — обратный клапан, 5 — подводящий канал; 6, 7 — напорный патрубок, 8 — воронка, 9 — отводящий канал

304

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

лопастями и установленного на валу в спиральном корпусе. Жидкость

врабочее колесо поступает в осевом направлении. Под действием центробежной силы, возникающей при вращении рабочего колеса, жидкость прижимается к стенке корпуса и выталкивается в нагнетательное отверстие по касательной к рабочему колесу. При этом на входе

внасос давление падает, и в рабочее колесо устремляется жидкость, находящаяся под более высоким давлением, например под атмосферным давлением при выкачивании жидкости из открытого резервуара.

Наиболее распространены в нефтеперерабатывающей промышленности насосы типа К (консольные) Они предназначены для перекачки воды и других чистых жидкостей, вязкость и химическая активность которых близки к показателям воды. Название «консольный» насос получил по способу закрепления рабочего колеса на конце вала, который на участке от переднего подшипника до колеса работает как консоль. Корпус насоса имеет торцовый разъем. Крепится насос на фундаментной плите совместно с электродвигателем, с которым имеет непосредственное соединение.

Количество лопастей обычно от шести до восьми, но для насосов, предназначенных для перекачки загрязненных жидкостей, число их уменьшают до двух или четырех. Этим увеличивают сечение каналов для прохода взвешенных частиц. Форму и размеры проточной части колеса определяют расчетом. При этом учитывают его механическую прочность и технологичность изготовления.

Зазор между колесом и крышкой должен быть минимальным, но обеспечивающим свободное (без трения) вращение колеса. Обычно его выбирают в пределах 0,4…0,6 мм. С увеличением зазора возрастает

305

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

количество жидкости, перетекающей из напорной полости во всасывающую под влиянием разности давлений. Схема такого перетока показана на рис. 2.210. Такое перетекание нежелательно, так как оно снижает КПД насоса.

Колеса изготовляют путем литья, материалыдлянихвыбираютсучетомагрессивностиперекачиваемойсреды.Большинство насосов имеют чугунные колеса. Для перекачивания агрессивных сред применяют колеса из бронзы, нержавеющей стали, керамики, пластмасс и др. Колеса крупных насосов,испытывающиебольшиенапряже-

ния, изготавливают из углеродистой или марганцовистой стали. Передний диск колеса имеет обточенную цилиндрическую поверх-

ность, которой он входит в крышку корпуса насоса. В крышке, в свою очередь, запрессовано уплотнительное кольцо.

2.7.5. Область применения и классификация компрессоров

Компрессором (рис. 2.211)называют машину, осуществляющую повышение давления газа или пара. Другими словами, компрессор — это машина для подвода энергии извне к газу или пару и превращения ее

впотенциальную энергию давления газа или пара.

Впрактической деятельности находит применение термин «компрессорная машина».

306

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Все компрессоры могут быть разделены на три группы по способу их действия, то есть по тому, каким образом энергия передается газу,

ипо тому, какие физические явления используются для повышения давления газа:

— объемные компрессоры;

— динамические компрессоры;

— тепловые компрессоры.

Внекоторых типах компрессоров сочетается несколько способов повышения давления. Так, в термомеханических компрессорах внешняя энергия подводится к газу в результате механического (объемного)

итеплового воздействия.

Объемныекомпрессорыповышаютдавлениегазапутемуменьшения замкнутого объема (камеры), содержащего определенное количество газа, то есть определенное число молекул газа. Уменьшение замкнутой полости сопровождается увеличением концентрации молекул

вединице объема. Давление газовой среды на стенку согласно законам кинетической теории газов пропорционально суммарной энергии соударений молекул газа со стенкой. При увеличении числа молекул

вединицеобъема возрастает числосоударений молекул, приходящихся на единицу площади поверхности стенки, то есть увеличивается давление газа.

Наиболее типичным представителем объемных компрессоров является поршневой.

Центробежные компрессоры Нагнетатели и компрессоры применяют:

— для получения сжатого воздуха, имеющего силовое назначение (для пневматического инструмента и бурильных машин, воздушных молотов, тормозов и т.д.);

— для обеспечения воздухом или газом производственных процессов (доменные и бессемеровские нагнетатели и компрессоры, машины для сжатия коксового, природного, нефтяного и попутного газа);

— длянаддувадвигателейвнутреннегосгорания,вгазотурбинныхустановках, для сжатия и перемещения различных газов на химических заводах,вхолодильныхустановках,дляпневматическоготранспорта. Перечисленные примеры не исчерпывают области применения цен-

тробежных компрессорных машин.

Вцентробежных компрессорных машинах (ЦКМ) или турбокомпрессорах (рис. 2.212...2.214) давление газа повышается при непрерывном его движении через проточную часть машины в результате работы, которую совершают лопатки рабочего колеса компрессора.

307

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Центробежные компрессоры применяются для сжатия газов до давления 0,8 МПа. По сравнениюспоршневымицентробежные компрессоры имеют ряд преимуществ. Вследствие отсутствия возвратно-поступатель- ногодвижениячастейони нетребуюттяжелогофундамента; их ротор вращаетсяспостояннойугловой скоростью, а движущиеся детали соприкасаются с неподвижными деталя-

Рис. 2.212. Вид компрессорной установки митольковподшипниках,

что позволяет использовать более дешевые быстроходные двигатели. Центробежные компрессоры более компактны.

Рис. 2.213. Внешний вид компрессорной установки

308

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 2.214. Разборка центробежного турбокомпрессора

Основной недостаток центробежных компрессоров по сравнению с поршневыми заключается в том, что степень повышения давления

водной ступени компрессора зависит от физических свойств газа,

впервую очередь от его плотности. При сжатии легких газов до значительных давлений требуется большое число ступеней. Поэтому для обеспечения требуемой жесткости вала необходимо иметь многокорпусную машину.

На рис. 2.215 показана в разрезе ступень центробежного компрессора. Находящемуся между лопатками газу при вращении рабочего колеса сообщается вращательное движение, в результате чего газ под действиемцентробежнойсилы движетсякпериферииколеса. Затем газ попадает в диффузор, площадь которого увеличивается с увеличением радиуса, скорость частичек газа при этом снижается, а давление возрастает. Для повышения эффективности работы диффузора по превращению кинетической энергии в потенциальную служат диффузорные лопатки, упорядочивающие движение газа.

При вращении рабочего колеса в зонах, расположенных у оси вращения, давление газа становится меньше, чем во всасывающем трубопроводе,вследствиечегообразуетсянепрерывныйпотокгазачерезпроточную часть колеса и диффузор. При работе одного колеса и диффузора, образующих ступень центробежного компрессора, где происходит

309

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

одноступенчатое сжатие газа, степень сжатия невелика и составляет не более 1,2. Для получения высокой степени сжатия газа используют несколько ступеней компрессора. Конструктивно это обеспечивается установкой на одном валу нескольких рабочих колес, располагаемых в одном корпусе. В этом случае газ поступает в следующую ступень по каналам, образованным лопатками направляющего аппарата.

Рис. 2.215. Схема ступени центробежного компрессора:

1 — рабочее колесо; 2 — лопатки; 3 — кольцевой отвод;4 — диффузорные лопатки

Общая степень сжатия центробежного компрессора определяется степенью сжатия его отдельных ступеней и определяется отношением давления навыходеизкомпрессоракдавлению навходе.Известно,что при сжатии газ нагревается, поэтому при использовании многоступенчатыхкомпрессоровнеобходиморешитьпроблемуохлаждения.Существуют два способа охлаждения: внутренний и внешний. При внешнем охлаждении газ, прежде чем попадает в следующую ступень, проходит через холодильник, а при внутреннем охлаждении корпус холодильника имеет «рубашку», через которую прокачивается охлаждающаяся вода. Обычно корпус холодильника представляет собой органически связанную с кожухом турбокомпрессора часть конструкции.

310

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Большинство современных машин имеет внешнее охлаждение. Промежуточные холодильники присоединяются либо к нижней части корпуса компрессора, либо к обеим частям корпуса. Охлаждаемый газ протекает в межтрубном пространстве холодильника, а в трубах протекает охлаждающая вода.

Центробежные компрессоры, как правило, представляют собой многоступенчатую машину.

Схема трехступенчатого центробежного нагнетателя приведена на рис. 2.216.

Газ в нем последовательно сжимается в трех колесах(ступенях), за каждым колесом обычно установлен диффузор. После выхода из диффузора поток газа по неподвижным каналам обратного направляющего аппарата при мало изменяющейся скорости подводится к следующему рабочему колесу. После выхода из последнего рабочего колеса или диффузора газ поступает в улитку или сборную камеру и затем в нагнетательный патрубок.

Схема многоступенчатого центробежного компрессора с промежуточным охлаждением приведена на рис. 2.217.

После сжатия в одной секции, состоящей обычно из 1…3 ступеней (колес), газ направляется в промежуточный холодильник,азатемсжимаетсявследующей секции.Какправило,водномкорпусевыполняют не более трех-четырех секций. Впоследнеевремявнекоторыхконструкциях компрессоров предусматривается охлаждение газа после каждой ступени.

Благодаря охлаждению газа удается значительно уменьшить работу сжатия. Во многих случаях наружный диаметр рабочих колес уменьшается с увеличением порядкового номера секции.

311

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Характерные конструктивные особенности нагнетателей и компрессоров можно проследить, рассмотрев несколько конструкций. На рис. 2.218 показана конструкция одноступенчатого нагнетателя с двусторонним закрытым колесом, рассчитанного на расход газа около 67000м3/минипридавлении сжатия0,15МПа;приводосуществляется от паровой турбины мощностью 6000кВт.

На рис. 2.219 приведена типовая конструкция воздушного трехступенчатого нагнетателя.

Рис. 2.218. Одноступенчатый нагнетатель с двусторонним колесом

Рис. 2.219. Трехступенчатый нагнетатель типа 1200-25-1 НЗЛ:

1 — всасывающий патрубок; 2 — рабочее колесо; 3 — лопаточный диффузор; 4 — направляющий аппарат; 5 — улитка

312

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Такие нагнетатели выпускают двух моделей:

1) расход воздуха VН = 880м3/мин, РК = 0,29МПа, n = 4600 мин–1; 2) VH = 970 м3/мин, РК = 0,34МПа, n = 5070 мин–1.

Привод осуществляется от синхронных электродвигателей СТМ- 3500-2. Все ступени имеют лопаточные диффузоры.

На рис. 2.220 показана конструкция первого корпуса двухкорпусного компрессора, предназначенного для комплектования крупных воздухоразделительных установок.

Рис. 2.220. Первый корпус двухкорпусного центробежного компрессора

Этоткорпус—четырехступенчатыйсоднимпромежуточнымохлаж- дением. На 1-й и 3-й (после охлаждения) ступенях применены диффузоры лопаточного типа, на 2-й и 4-й — короткие лопаточные диффузоры и улитки, отводящие воздух в охладители промежуточный и концевой.

Характеристики компрессора:

—расход газа 3200 м3/мин, РК = 0,66 МПа;

—привод осуществляется от паровой турбины, чем обеспечивается широкий диапазон регулирования расхода воздуха.

Вбольшинстве конструкций делают разъем в горизонтальной плоскости (рис. 2.218…2.220), а иногда в вертикальных плоскостях. Всасывающие и нагнетательные патрубки располагают в нижней или верхней половине корпуса с учетом удобства обслуживания, наличия промежуточных охладителей, подвального помещения и других соображений.

313