2.1 Типи та основні параметри нафтових насосів

Загальні технічні вимоги на відцентрові насоси, що призначенні для перекачування в системах магістральних трубопроводів нафти і нафтопродуктів (в тому числі широкої фракції легких вуглеводів) визначаються стандартом ГОСТ 12124-87 “Насосы центробежные нефтяные для магистральных трубопроводов”.

Насоси виготовляють таких типів:

НМ – нафтовий магістральний;

НПВ – нафтовий підпірний вертикальний;

НОУ – нафтовий для відкачування витоків;

НМП – нафтовий магістральний підпірний.

Основні параметри насосів при номінальному режимі роботи наведені у додатку 13.

Насоси типу НМ з подачами до 360 м³/год, а також насос НМ 1250-400 розраховані на послідовну роботу двох, всі інші – трьох одночасно працюючих насосів. Насоси з напорами m3/s більше за 550 м послідовної роботи не допускають

Насоси типу НПВ з подачами до 1250 м³/год допускають послідовну роботу двох одночасно працюючих насосів.

Насоси повинні допускати паралельну роботу.

Для приводу магістральних насосів використовуються синхронні та асинхронні електродвигуни високої напруги різних марок і різного виконання. Електродвигуни виготовляються у звичайному та вибухозахищеному виконаннях.

При використанні в якості привода електродвигуна у звичайному використанні насос і двигун установлюють в ізольованих один від одного приміщеннях. Двигуни у вибухозахищеному виконанні монтують в одному приміщенні з насосами.

2.2 Технологічний розрахунок магістральних нафтопроводів

Добовий об’єм перекачування (м³/добу) через річний визначається як:

,

(2.1)

де – коефіцієнт перерозподілу потоків, ;

– річний обсяг перекачування нафти (млн.т);

– розрахункова кількість днів роботи нафтопроводу на протязі року (дивись додаток 11);

– густина нафти , що транспортується.

Годинна і секундна продуктивність нафтопроводу визначаються відповідно за формулами:

,

(2.2)

.

(2.3)

По величині годинної продуктивності підбирають основний та підпірний насоси (див. додатки 13, 14).

Характеристика нафтових насосів описується такою математичною моделлю:

,

(2.4)

де – коефіцієнти математичної моделі.

Для визначення коефіцієнтів та з характеристики насоса беремо дві точки: та відповідно. При цьому , , а та визначаються з характеристики насоса, що задана графічно.

Тоді коефіцієнти характеристики та визначаються як:

,	(2.5)
.	(2.6)

Таким же чином описується характеристика підпірного насоса:

.

(2.7)

Математична модель робочої зони напірної характеристики головної НС має вигляд:

,

(2.8)

де – коефіцієнти математичної моделі, які визначаються за формулами:

,	(2.9)
,	(2.10)

де – кількість послідовно працюючих насосів.

Математична модель робочої зони напірної характеристики проміжної НС має вигляд:

,

(2.11)

де – коефіцієнти математичної моделі, які визначаються за формулами:

,	(2.12)
.	(2.13)

Гідравлічна характеристика трубопроводу без лупінгу має вигляд:

,

(2.14)

де – коефіцієнт, що враховує втрати на місцеві опори;

– коефіцієнт гідравлічного опору;

– загальна довжина трубопроводу;

– внутрішній діаметр трубопроводу;

– продуктивність трубопроводу;

– різниця геодезичних позначок кінця і початку трубопроводу;

– залишковий напір в кінці трубопроводу.

Діаметр вибирається за додатком 10 в залежності від річного обсягу перекачування .

Коефіцієнт гідравлічного опору залежить від числа Рейнольдса:

,

(2.15)

де – кінематична в’язкість нафти.

Якщо , то коефіцієнт гідравлічного опору визначається за формулою:

.

(2.16)

Якщо , то формула для визначення має вигляд:

(2.17)

При , використовується формула:

(2.18)

При , то визначаэться як:

(2.19)

Значення перехідних чисел Рейнольдса та коефіцієнта беруться з додатку 12.

Необхідну кількість насосних станцій знаходимо за формулою:

,

(2.21)

де – розрахунковий напір магістральних насосів проміжної НС при розрахунковій продуктивності трубопроводу.

У випадку якщо , тоді

,

(2.22)

де – допустимий тиск у трубопроводі (див. додаток 10).

Найчастіше кількість насосних станцій отримують у вигляді змішаного дробу. Якщо дробова частина розрахованої кількості НС менша рекомендують заокруглювати в меншу сторону. В інших випадках заокруглення необхідної кількості НС проводиться в більшу сторону.

Для визначення фактичної продуктивності нафтопроводу складаємо рівняння балансу напорів:

,

(2.23)

де – коефіцієнти математичної моделі, які визначаються за формулами (2.24), (2.25);

– сумарний напір, який повинен дроселюватись на виході насосних станцій трубопроводу.

,	(2.24)
,	(2.25)

де – округлене число насосних станцій;

У випадку якщо тиск будь-якої НС перевищує , тоді

.

(2.26)

Якщо , то у формулі (2.23) .

Фактичну продуктивність нафтопроводу за формулою (2.23) визначають методом послідовних наближень, тому що невідомими є витрата , коефіцієнт гідравлічного опору (який залежить від витрати при ) та в деяких випадках .

Приклад 2.1

Річний обсяг перекачування нафти млн.т/рік. Густина та кінематична в’язкість нафти кг/м³ та сСт відповідно. Довжина трубопроводу км, різниця геодезичних позначок кінця і початку трубопроводу м, напір в кінцевому пункті м. Підібрати основний та підпірний насоси, побудувати характеристику НС, визначити кількість насосних станцій та фактичну продуктивність трубопроводу.

Розв’язок

По формулі (2.1) добова витрата складає:

м³/добу.

Годинна і секундна продуктивність нафтопроводу за формулами (2.2) та (2.3)

м³/год,

м³/с.

По величині годинної продуктивності підбираємо основний та підпірний насоси (див. додатки 13,14).

НМ-1800-240 – основний насос; НМП 2500-74 – підпірний насос.

Для визначення коефіцієнтів та з характеристики насоса беремо дві точки : та відповідно:

,

.

З графічної характеристики, маючи та , вибираємо відповідно та : м, м.

Визначаємо коефіцієнти математичної моделі основного насоса та за формулами (2.5) та (2.6):

,

.

Тоді насос НМ 1800-240 має характеристику:

.

Аналогічно знаходимо коефіцієнти для підпірного насоса:

,

,

м, м.

,

.

Насос НМП 2500-74 має характеристику:

.

У відповідності з 2.1 кількість послідовно працюючих насосів НМ-1800-240 . Тоді математична модель робочої зони напірної характеристики проміжної НС згідно формули (2.11) має вигляд:

,

При м³/с визначаємо напір станції:

м.

Тиск проміжної НС матиме значення:

Па.

Згідно додатку 10 допустимий тиск МПа. Отже, .

Визначимо гідравлічну характеристику трубопроводу без лупінгу за формулою (2.14).

Згідно додатку 10 при млн.т/рік підбираємо трубопровід мм, товщина стінки мм.

Тоді мм.

Підставимо відомі дані в формулу (2.14):

,

.

Коефіцієнт гідравлічного опору залежить від числа Рейнольдса, яке визначаємо за формулою (2.15):

.

Згідно додатку 12 для мм перехідне число Рейнольдса .

За формулою (2.18) визначаємо коефіцієнт гідравлічного опору:

.

Тоді:

м.

Необхідну кількість насосних станцій знаходимо за формулою (2.21):

.

Заокруглюємо до більшого цілого числа, тоді –кількість НС.

Для визначення фактичної продуктивності нафтопроводу складаємо рівняння балансу напорів за формулою (2.23):

,

згідно формул (2.24), (2.23):

,

,

_{тоді маємо:}

.

У першому наближенні приймаємо і визначимо з попереднього рівняння :

м³/с.

Напір насосної станції при м³/с:

м.

Тиск НС:

Тиск проміжної НС матиме значення:

МПа.

Оскільки , то, потреби у дроселюванні немає, тобто .

Визначимо число Рейнольдса:

,

_тоді:

.

Друге наближення:

м³/с,

,

,

м,

МПа,

.

Розрахунок закінчено.

Фактична продуктивність трубопроводу складає:

м³/с = 1973 м³/год.

Для того, щоб вийти на заданий режим необхідно регулювати режим роботи системи насосна станція-трубо-провід.

На рисунку приведена графічна характеристика насосної станції з трьома послідовно працюючими насосами НМ 1800-240.

Рисунок 2.1 – Характеристика НС з трьома насосами

НМ 1800-240