1. Особенности характеристик центробежных насосов

В условиях данной дипломной работы рассматриваются нефтеперекачивающие станции с установленными на них магистральными насосами марки НМ7000/0,6-250а-3. В следствие чего, рассмотрим характеристики данного насоса со сменным ротором с производительностью Q - 4500 м³/час. Из графика зависимости Q-H, где Q- подача насоса в (м³/ч), Н - напор насоса в метрах (м) видно, что изменение частоты вращения ротора насоса n от 48,6 с^-1 до 24,3 с^-1 приводит к снижению значений КПД насоса, а также характеристик насоса по напору и подаче. Экспериментально установлено, что снижение КПД насоса при работе на минимальной частоте вращения (1450-1460 об/мин.) составит 2 - 2,5%, а при промежуточной частоте вращения (2035 - 2040 об/мин.) составит до 1,0% по сравнению со значениями КПД на таких же подачах при номинальной частоте вращения.

Согласно нормам проектирования напор магистральных насосов должен приниматься в соответствии с требуемым давлением на НПС для обеспечения заданной пропускной способности нефтепровода, а так же в зависимости от принятой схемы соединения насосов (последовательная, параллельно-последовательная). Подача магистральных насосов принимается в соответствии с требуемой пропускной способностью нефтепровода и принятой схемы соединения насосов (последовательная, параллельно-последовательная). Проточная часть магистральных насосов должна обеспечивать возможность установки ротора на подачи 0,5; 0,7; 1,25 от номинального значения. При проектировании НПС, предназначенной для работы на 1 нефтепровод (и отсутствии перспективы строительства параллельных нефтепроводов), должна предусматриваться последовательная схема соединения магистральных насосов. Характеристики насосов обеспечивают длительную эксплуатацию агрегата в рабочем интервале подач от 70% до 110 % от номинальной подачи при номинальной частоте вращения. Напорная характеристика в рабочем интервале подач пологопадающая - при увеличении подачи напор постоянно снижается (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Характеристики магистрального насоса НМ 7000/0,6-250а-3

Зависимость напора от подачи является параболической и может быть построена в координатах Q-Н

Характеристика трубопровода показывает зависимость полных потерь напора от расхода, который подается в трубопровод.

Совместим Q-H характеристику центробежного насоса с характеристикой трубопровода на общем графике (рисунок 1.3). Точка пересечения этих характеристик (точка А) называется рабочей точкой. Данный центробежный насос, работая на данный трубопровод, подает определенный расход при определенном напоре ( ). Совмещенная характеристика позволяет подобрать трубопровод такого диаметра, который будет иметь производительность и полные потери напора, соответствующие максимальному КПД данного насоса.

Рисунок 1.3 – Совмещенная Q-H характеристика насоса и трубопровода

2. Методы и средства регулирования режима работы нефтепровода

   1. Факторы, влияющие на режимы работы системы

Задачей регулирования насосов и вентиляторов является обеспечение заданной подачи. Подача в сети определяется напорными характеристиками сети и нагнетателя. Поэтому изменение подачи возможно только путем изменения этих характеристик.

Одной из сложных задач в процессе эксплуатации МН является определение оптимальных режимов работы насосных агрегатов, с точки зрения минимума затрат электроэнергии в фактическом или денежном выражении. Сложность задачи заключается в большом объеме возможных режимов работ, зависящих от многих параметров, таких как: физико-химические свойства нефти, схемы работ, состояние и количество находящегося в работе насосно-силового оборудования. Так для примера, для МН работающим по схеме «из насоса в насос» и включающего в технологический участок («от емкости до емкости») шесть нефтеперекачивающих станций (НПС) количество возможных режимов работы составляет несколько сот тысяч. Определить из этого числа ряд оптимальных - довольно сложная задача. Проблема усугубляется технологическими особенностями процесса эксплуатации МН. К ним относятся: возможные ограничения давлений по трассе МН, возможность работы на разных технологических схемах, временные ограничения в работе насосно-силового оборудования, находящегося в ремонте, ограничения по объемам перекачки, изменение допустимых давлений на НПС, большая протяженность МН и т.д.

Режимы работы нефтепровода определяются подачей и напором насосов НПС в рассматриваемый момент времени, которые характеризуются условиями материального и энергетического баланса перекачивающих станций и трубопровода. Любое нарушение баланса приводит к изменению режима работы и обуславливает необходимость регулирования.

К основным факторам, влияющим на режимы работы системы «НПС – трубопровод», можно отнести следующие:

- переменная загрузка нефтепровода, вызванная различной закономерностью работы нефтедобывающих компаний, нефтепровода и потребителей (НПЗ);

- изменение реологических параметров нефти вследствие сезонного изменения температуры, а также влияния содержания воды, парафина, растворенного газа и т. п.;

- технологические факторы (изменение параметров насосов, их включение и отключение, наличие запасов нефти или свободных емкостей и т.д.);

- аварийные или ремонтные ситуации на линейной части нефтепровода;

- отказы оборудования НПС.

Некоторые из этих факторов действуют систематически, некоторые – периодически, что создает условия, при которых режимы работы системы «НПС – трубопровод» непрерывно изменяются во времени.

Из уравнения баланса напоров следует, что все методы регулирования можно условно разделить на две группы (рисунок 1.4):

1) методы, связанные с изменением параметров перекачивающих станций:

- изменение количества работающих насосов или схемы их соединения;

- регулирование характеристик работы насоса или его привода;

- дросселирование;

- перепуск части жидкости во всасывающую линию (байпасирование).

2) методы, связанные с изменением параметров трубопровода:

- лупинги и вставки;

- применение ПТП;

- очистка внутренней полости

Необходимость регулирования работы насосных станций возникает при увеличении или уменьшении расхода нефти в нефтепроводе. Целью регулирования является переход на новый режим работы с заданными параметрами Q и Н.

Изменение режима работы насосной станции или регулирование с учетом вышеописанных методов может выполняться следующими способами:

1) изменением числа работающих насосов и схемы их совместной работы.

2) дросселированием в нагнетательном трубопроводе или применением байпаса;

3. использованием противотурбулентных присадок;

4) воздействием на привод с целью регулирования числа оборотов ротора насоса;

5) воздействием на насос, которое может включать в себя:

• установку сменного ротора;

• уменьшение наружного диаметра рабочего колеса;

• у многоступенчатых насосов устранение одной, двух и более ступеней.

Рисунок 1.4 - Регулирование динамических нагнетателей:

1 – рабочая точка без регулирования; 2 – режим работы нагнетателя при регулировании; – дополнительное сопротивление; n₁, n₂ – частота вращения; – угол наклона лопаток направляющего аппарата