Подбор двигателя к насосам

Подбор двигателей для привода насосов проводится по мощности и частоте вращения вала насоса n_H и двигателя n_Д на основе технических характеристик двигателей. Мощность определим по формуле:

где N – требуемая мощность двигателя, МВт; k_з – коэффициент запаса, который равен 1,15 для электродвигателей мощностью менее 500 КВт и 1,1 для электродвигателей с большей мощностью; ρ – плотность перекачиваемой жидкости при расчетной температуре, кг/м³; Н_н – напор насоса при Q_мах, м; η_н – КПД насоса (принимаем по пересчитанной η – Q характеристике), соответствующий Q_мах; Q_мах – максимальная подача насоса, м³/с; η_д – КПД двигателя равный 0,977.

Для основного насоса частота вращения вала равна 3000 об/мин. Требуемая мощность равна:

С учетом всего вышеперечисленного для привода основного насоса выбираем двигатель СТДП-10000-2 с мощностью 10,0 КВт, частотой вращения 3000 об/мин( по Вайнштоку)

Проверка правильности выбора насосов по высоте всасывания

При работе центробежных насосов может возникнуть ситуация, когда давление в какой – либо области всасывающего тракта насоса оказывается равным или ниже давления насыщенных паров перекачиваемой жидкости. Это приводит к холодному вскипанию жидкости и вызывает кавитацию.

Чтобы исключить возникновение кавитации нужно иметь определенный подпор на входе в насос, который должен быть не меньше значения допустимой высоты всасывания данного насоса при заданных условиях перекачки.

Допустимая высота всасывания насоса определяется по формуле:

где H_s – допустимая высота всасывания насоса, м; P_а – давление атмосферное, Па (примем Р_а= 0,1013 МПа); P_s – давление насыщенных паров, Па; ρ – плотность перекачиваемое жидкости при максимальной температуре, кг/м³; V_вх – скорость жидкости во входном патрубке, м/с; g – ускорение свободного падения, м²/с; Δh_доп.н. – допустимый кавитационный запас для нефти (берем по пересчитанной Δh_доп.–Q характеристике для производительности Q_мах=2223м³/ч), м.

При Q_мах насос самовсасывающей способностью не обладает, ему требуется подпор величиной 73,41 м.

Проверка расчётного числа рабочих насосов по прочности корпуса насоса и прочности трубопровода

Условия сохранения прочности насоса и трубопровода:

где n ــ округленное до целого числа количество насосов;

ρ_t ــ плотность при расчетной температуре t, кг/м³;

g ــ ускорение свободного падения, м²/с;

P_доп ــ допустимое рабочее давление трубопровода;

P_н ــ допустимое рабочее давление насоса 7,35·10⁶ Н/м² с подачей

больше 360 м³/ч, [МПа];

H_н ــ напор развиваемый основным насосом для перекачиваемой жидкости при максимальной подаче (действительный напор одного насоса), м;

h ــ подпор основного насоса, равный:

h_H – потери напора в коммуникациях НС со стороны нагнетания, примерно равные 5 м; Н_S допустимая высота всасывания, м.

Допустимое рабочее давление определяется по формуле:

где δ ــ толщина стенки трубопровода, мм; ــ коэффициент надежности по нагрузке, в нашем случае принимаемый равным n₁ = 1,15; R₁ ــ расчетное сопротивление растяжению металла труб, МПа; D_н - наружный диаметр трубопровода, D_н =1,220 м.

где R₁^н ــ нормативное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб, принимаемое равным минимальному значению временного сопротивления (предела прочности), для марки стали 17xГ1С оно составляет 510 МПа, [2];

m=0,9 ــ коэффициент условий работы трубопровода, зависящий от категории участка трубопровода [5, таблица 1].

Для транспортировки нефти или нефтепродуктов по трубопроводам подземной прокладке диаметром ≥ 700 мм категории участка трубопровода будет считаться III [5, таблица 2]. => k₁ и k_н ــ коэффициенты надежности, соответственно, по материалу и по назначению трубопровода k₁=1,4, k_н=1,05.

условие прочности трубопровода выполняется;

578,44≤897,13 условие прочности корпуса насоса выполняется.

Разработка систем сглаживания волн давления

ССВД предусматривается СНиП 2.05.06-85 для промежуточных НПС магистральных трубопроводов диаметром 720мм и выше. Применение ССВД на трубопроводах меньшего диаметра обосновывается расчётами.

Волны давления возникают в трубопроводе на выходе станции при отключении части или всех насосов НС. Волны вызывают гидравлический удар в трубопроводах и оборудовании, могут привести к нарушению их герметичности.

При появлении волн давления ССВД должна обеспечивать сброс части потока жидкости из приёмной линии магистральной насосной в резервуар-сборник.

ССВД должна срабатывать при повышении давления в трубопроводе на величину не более 0,3 МПа, происходящим со скоростью 0,3 МПа/с. Дальнейшее повышение давления в зависимости от настройки ССВД должно происходить плавно со скоростью от10 до 30кПа/с.

ССВД должна устанавливаться на байпасе приёмной линии НПС после фильтров-грязеуловителей с установкой двух задвижек с электроприводом, отклюю чающих ССВД от приёмной линии НПС. Диаметр байпасного трубопровода выбирается так, чтобы площадь сечения его была не менее половины площади сечения приёмной линии.

До и после исполнительных органов ССВД должна предусматриваться установка задвижек с ручным приводом. Объём резервуаров сборников для сброса жидкости должен быть не менее 500м³ для трубопровода 1220мм.

Необходимость применения ССВД зависит от крутизны волны давления, прочности трубопровода и оборудования. Для определения крутизны волны давления может быть использована формула:

где

∆P – повышение давления на входе НПС, Н/м²; ρ – плотность жидкости, кг/м³; ω_зв – скорость звука в трубопроводе, м/с; υ₀ – скорость жидкости в трубопроводе на входе НПС, м/с; К и m – соответственно количество отключаемых насосов на станции и количество первоначально работающих насосов; n – частота вращения вала насоса, об/мин; D₂ – диаметр рабочего колеса, м; К₀ – коэффициент мощности дискового трения, равный примерно 1,5·10^-6; J – момент инерции НСА, кг·м²;

где К_ж – модуль объёмной упругости жидкости (для нефти =13,5·10⁸ Н/м²); Е – модуль Юнга для материала трубопровода, 2,1·10¹¹ Н/м²; D_в и δ – внутренний диаметр и толщина стенки трубопровода на входе НПС, м; t – время, отсчитываемое с момента отключения НПС; J_э – момент инерции двигателя, кг·м².

∆Р следует определить при t: 1,3,5,10,15,20 с. Затем построить график ∆Р – t. Если при t = 1 ∆Р>0,3 МПа ССВД на НПС необходима.

При t=1с,

;

При t=3с, ∆Р=2 МПа;

При t=5с, ∆Р=2,39 МПа;

При t=10с, ∆Р=2,9 МПа;

При t=15с, ∆Р=3,14 МПа;

При t=20с, ∆Р=3,27 МПа.

Так как при t=1 ∆Р=1,26>0,3МПа то ССВД на НПС необходима в качестве исполнительного органа системы применяем 6 клапанов типа «Флекс-Фло», в качестве резервуаров-сборников – ёмкости, сваренные из труб того же сортамента, что и коммуникации на входе в НПС.