Выбор насосного оборудования НПС и расчет рабочего давления

В соответствии с расчетной часовой производительностью  выбираем насосы: подпорный насос  НПВ 5000-120 и магистральные НМ 10000-210.

3.2  Выбор насосов по рабочему давлению

 

По напорным характеристикам насосов вычисляем  рабочее давление  (МПа) из условия

         (2)

где  g=9,81м/с – ускорение свободного падения;

h_п, h_м – соответственно напоры, развиваемые подпорным и магистральным насосами при расчетной производительности нефтепровода;

m_м –  число работающих магистральных насосов на  нефтеперекачивающей станции;

P_доп =6,4МПа – допустимое давление запорной арматуры.

При определении  допустимого давления необходимо учитывать  ряд факторов: требуемую прочность арматуры, требуемую прочность корпусов.

На магистральных  нефтепроводах используется арматура, относящаяся к группе среднего давления (Р=1,6 – 6,4МПа).

Корпуса насосов  марок НМ и НПВ рассчитаны на предельное рабочее давление 7,4МПа.

Напорная характеристика центробежных насосов магистральных  нефтепроводов (зависимость напора h от производительности Q) имеют вид 

полого падающей кривой

где a, b – постоянные коэффициенты, определяемые по заводской  характеристике насоса (см. таблицы 3, 4).

Таблица 1 – Основные параметры магистральных насосов серии НМ

Марка насоса	Ротор	Диапазон изменения  подачи насоса, м3/ч	Номинальные параметры
			Подача, м3/ч	Напор, м	Допус-тимый  кавитационный запас, м	к. п. д., %
1	2	3	4	5	6	7
НМ 7000-210	0,7·Qн	3500 – 5400	5000	210	50	84
	1,0·Qн	4500 – 8000	7000	210	60	89
НМ 10000-210	0,5·Qн	4000 – 6500	5000	210	42	80
	0,7·Qн	5500 – 8000	7000		50	85

 

Таблица 2 – Технические характеристики подпорных насосов серии НПВ

Показатель	НПВ 5000-120
Диапазон изменения подачи насоса, м3/ч	2700-6000
Подача Q, м3/ч	5000
Напор H, м	120
Допускаемый кавитационный  запас ΔhД, м	5,0
Частота вращения, (об/мин)	1500
К.П.Д., %	85
Тип электродвигателя	ВАОВ800L-4У1
Мощность  электродвигателя, кВт	800
Масса агрегата, кг	30300

 

В соответствие с заданием выбираем следующую схему  подключения: два подпорных  насоса параллельного соединения с одним  резервным и три магистральных  последовательного соединения с  одним резервным (рис 1.)

Рисунок 1 – Схема подключения насосов

 

Таблица 3 – Коэффициенты характеристики нефтяных подпорных насосов серии НПВ

Марка насоса	Диаметр рабочего колеса D2, мм	Коэффициенты H(Q) характеристики насоса	Коэффициенты η(Q)  характеристики насоса
1	2	3	4
НПВ 5000-120	645	a= 151,8 b= 1,2760×10-6	k1= 4,1321·10-2 k2= -5,8701·10-6 k3= 1,9961·10-10
	613	a= 137,7 b= 1,2839×10-6
	580	a= 123,1 b= 1,2315×10-6

 

 

Таблица 4 – Коэффициенты характеристики нефтяных магистральных насосов серии НМ

Марка насоса		Ротор		Диаметр рабочего колеса D2, мм		Коэффициенты H(Q) характеристики насоса		Коэффициенты η(Q)  характеристики насоса
1		2		3		4		5
НМ 7000-210		0,7×QН		475		a=282,2 b=3,0980×10-6		k1= 3,8849·10-2 k2= -5,6121·10-6 k3= 2,4527·10-10
		1,0×QН		475		a=295,1 b=1,8752×10-6		k1= 2,6881·10-2 k2= -2,0512·10-6 k3= 3,9694·10-12
			450		a=262,5 b=1,8173×10-6		k1= 2,6881·10-2 k2= -2,0512·10-6 k3= 3,9694·10-12
			430		a=240,9 b=1,9873×10-6
НМ 10000-210	0,5×QН		475/455		a=265,0 b=2,0560×10-6		k1= 3,2503·10-2 k2= -4,3071·10-6 k3= 1,9703·10-10
	0,7×QН		506/486		a=304,8 b=2,1443×10-6		k1= 3,0975·10-2 k2= -3,7765·10-6 k3= 1,5515·10-10

 

Задаваясь наибольшими  значениями диаметров рабочих колес D₂, определим напоры, развиваемые насосами при расчетной производительности перекачки. Определим рабочее давление по формуле 1 при условии, что число последовательно работающих магистральных насосов на НПС m_М=3.

Таблица 5 – Рабочее давление различных комбинаций насосов

Марка насоса	Ротор	D2М, мм	НМ, м	D2П, мм	НП, м	Р, МПа
НМ 7000-210	0,7QН	475	162,59	645	111,29	5,05
				613	96,94	4,93
				580	84,00	4,82
				1,0QН 475 235,56		645	111,29	6,89
				613	96,94	6,77
				580	84,00	6,66
				450 204,80		645	111,29	6,12
				613	96,94	5,99
				580	84,00	5,89
				430 177,80		645	111,29	5,43
				613	96,94	5,31
				580	84,00	5,20
НМ 10000-210	0,5QН	475/455	199,72	645	111,29	5,99
				613	96,94	5,87
				580	84,00	5,76
	0,7QН	506/486	236,72	645	111,29	6,92
				613	96,94	6,80
				580	84,00	6,69

 

 Вариант 1. НПВ 5000-120 с D₂=645мм и НМ 10000-210 (0,5·Q_н) с D₂=475/455

Условие выполняется, в этом варианте запас рабочего давления более 10% просчитываем следующий вариант.

Вариант 2. НПВ 5000-120 с D₂=645мм и НМ 7000-210 (0,7·Q_н) с D₂=506/486

Условие выполняется

Величина потребляемой мощности находится по известным  зависимостям:

;

,

где η_Н ,  η_Э , η_МЕХ – величины к. п. д. соответственно насоса, электродвигателя и механической передачи.

Зависимость к. п. д. насоса от подачи описывается полиномом  вида

;               (3)

где k₁ , k₂, k₃ – коэффициенты аппроксимации, определяемые методом наименьших квадратов и приведенные в табл. 2 приложения 2  и табл. 2 приложения 3.

        Коэффициент полезного действия механической передачи может быть принят равным η_МЕХ =0,99.

Коэффициент полезного  действия электродвигателя h_Э в зависимости от его загрузки определяется выражением

                                               ,          (4)

где r₀ , r₁ , r₂ – эмпирические коэффициенты;

K_З – коэффициент загрузки электродвигателя, равный отношению мощности на валу электродвигателя N_Э  к его номинальной мощности N_ЭН:

                                         .                                  (5)                           

Значения коэффициентов  в формуле (4) определяются методом  наименьших квадратов по паспортным характеристикам электродвигателей  насосных агрегатов. В случае отсутствия этих данных коэффициенты r₀ , r₁ и r₂ могут быть приняты в соответствии с типом электродвигателя по табл. 6.

Таблица 6 – Значения коэффициентов уравнения

Тип электродвигателя	r1	r2	r3
Синхронный	0,890	0,114	-3,601·10-2
Асинхронный	0,452	0,987	-0,592

 

Марка насоса	Подача Q, м3/ч	Напор H, м	Допускаемый кавитационный  запас ΔhД, м	Частота вращения, (об/мин)	Тип электродвигателя	Мощность  электродвигателя, кВт	Масса агрегата, кг
НМ 7000-210	7000	210	52	3000	СТДП4000-2УХЛ4	4000	19770
					СТДП5000-2УХЛ4	5000	21490
					СТДП6300-2УХЛ4	6300	28120
НМ 10000-210	1000	210	65	3000	СТДП5000-2УХЛ4	5000	25620
					СТДП6300-2БУХЛ4	6300	33640
					СТДП8000-2БУХЛ4	5000	33290

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, для дальнейших расчетов примем вариант 2.

Принимаем следующие  насосы:

-подпорный насос  НПВ 5000-120 (диаметр рабочего колеса D₂=645 мм)

 -магистральный насос НМ 10000-210 (0,7·Q_н) (диаметр рабочего колеса                            

D₂=506/486 мм).

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.Трубопроводный транспорт нефти: Учебник для вузов: В 2 т. / Г. Г. Васильев, Г. Е. Коробков, А. А. Коршак и др.; Под ред. С. М. Вайнштока – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002.– Т. 1.– 407 с.

2.Тугунов П. И., Новоселов В. Ф., Коршак А. А., Шаммазов А. М. Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов: Учеб. пособие для вузов. – Уфа: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2002. – 658 с.

3.РД 153-39.4-113-01. Нормы технологического проектирования магистральных нефтепроводов.– М.: Гипротрубопровод, 2002.

4.РД 153-39.4-056-00. Правила технической эксплуатации магистральных нефтепроводов.– М.: Недра, 2001, 194 с.

5.СНиП 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы / Госстрой России: ГП ЦПП, 1997.– 52 с.