Эксплуатация МН (МНПП) и оборудования НПС (стр. 7 )

Dz j – разность геодезических отметок на j-м линейном участке;

n – число линейных участков (перекачивающих станций);

hОСТ – остаточный напор на конечном пункте трубопровода;

ht j – потери напора на трение на j-м линейном участке трубопровода;

nM j – число магистральных насосов, установленных на j-й ПС;

hП – напор, развиваемый подпорными насосами;

hМ jk – напор, развиваемый k-м магистральным насосом j-й ПС;

j jk – индекс состояния k-го магистрального насосного агрегата j-й ПС (j jk=1 при работающем насосе и j jk=0 при остановлен­ном насосе).

Потери напора на трение ht j могут быть определены любым из известных методов, например, по формуле Лейбензона.

Для выполнения технологических расчетов с применением ЭВМ рабочие характеристики насосов h(Q) и hн(Q) могут быть представлены в виде полиномов

;

;

где ai, ki – коэффициенты аппроксимации, определяемые методом наименьших квадратов.

Напор на выходе c-й перекачивающей станции определяется из соотношения

,

где DHс – подпор на входе c-й перекачивающей станции.

HСТс – напор, создаваемый работающими насосами c-й ПС

.

Подпор на всасывающей линии c-й ПС определяется как разность между напорами, создаваемыми (с-1) перекачивающими станциями и потерями в трубопроводе, состоящем из (с-1) линейных участков

.

Напоры на входе и на выходе c-й перекачивающей станции должны удовлетворять условию, накладываемому ограничениями по минимально допустимому подпору DHmin c и максимальному напору HПС max c

.

Энергозатраты характеризуются величиной активной потребляемой мощности электродвигателя насоса, определяемой из соотношения

,

где r – расчетная плотность нефти;

g – ускорение свободного падения;

h – напор, развиваемый насосом при подаче Q;

hН, hЭ, hМЕХ – соответственно значения к. п. д. насоса, электро­двигателя и механической передачи.

Коэффициент полезного действия электродвигателя hЭ определяется выражением

,

где KЗ – коэффициент загрузки электродвигателя, равный отношению мощности на валу электродвигателя NЭ к его номинальной мощности NЭН

. (1.86)

Для каждого из вариантов включения насосов на ПС определяется сумма потребляемой мощности для всех насосов, включенных в работу. В качестве критерия оценки эффективности режимов перекачки могут быть приняты удельные энергозатраты на 1 тонну нефти, транспортируемой при рассматриваемом режиме [6]

.

При заданном плане перекачки V за плановое время T расход нефти в трубопроводе должен составлять Q=V/T. Выполнение заданного плана возможно при циклической перекачке на двух режимах, удовлетворяющих условию

,

где Q1 и Q2 – производительность трубопровода на первом и втором дискретных режимах.

Время работы нефтепровода на двух дискретных режимах определяется из решения системы уравнений

откуда

.

С учетом V=Q×T окончательно получим

.

Удельные затраты электроэнергии в этом случае будут определяться уравнением

.

В интервале расходов от Q1 до Q2 суммарные удельные энергозатраты, определяемые из выражения (1.92), изменяются по закону гиперболы (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Зависимость удельных энергозатрат от расхода перекачиваемой нефти

Задачей анализа расчетных режимов перекачки из множества возможных является поиск рациональных режимов, характери­зующихся наименьшими энергозатратами. Очевидно, что такие режимы будут принадлежать кусочно-выпуклой линии, ограничивающей область возможных режимов, и являться ее узловыми точками (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Определение границы области рациональных режимов

Левой границей кусочно-выпуклой линии будет режим, имеющий наименьшую величину удельных энергозатрат на перекачку. Значения остальных узловых режимов будут определяться из условия

.

Таким образом, параметры циклической перекачки, отвечающие наименьшим энергозатратам, будут определяться из условия работы нефтепровода на двух ближайших узловых режимах, принадлежащих граничной линии. С увеличением числа ПС и типов применяемых роторов магистральных насосов существенно возрастает и количество возможных режимов эксплуатации нефтепровода. Поэтому поиск рациональных режимов необходимо выполнять на ЭВМ.

3.2 Насосное оборудование НПС и регулирование режимов работы

Основные и подпорные насосы магистральных нефтепроводов

Для перекачки нефти по магистральным нефтепроводам разработан ряд нефтяных центробежных насосов серии НМ (нефтяной магистральный), отвечающих следующим требованиям:

-  температура перекачки от –5 до 80°С (268…353К);

-  вязкость перекачиваемой жидкости до 3·10-4 м2/с;

-  содержание механических примесей до 0,06%.

Диапазон номинальной подачи магистральных насосов серии НМ составляет 125…10000 м3/ч. Насосы с подачей до 1250 м3/ч являются секционными (многоступенчатыми) с рабочими колесами одностороннего входа. Насосы с подачей 1250 м3/ч включительно и выше – одноступенчатые спирального типа с двухсторонним подводом жидкости к рабочему колесу. Насосы секционного типа имеют низкое значение допустимого кавитационного запаса, что позволяет исключить применение подпорных насосов.

В качестве подпорных насосов нормального ряда применяют насосы серии НМП (нефтяной магистральный подпорный) и серии НПВ (нефтяной подпорный вертикальный). Для вновь проектируемых магист­ральных нефтепроводов предпочтительней использовать вертикальные подпорные насосы.

Как правило, магистральные насосные агрегаты соединяют последовательно по схеме – 2…3 рабочих насоса плюс один резервный. Соединение подпорных насосов выполняется по параллельной схеме – 1…2 рабочих насоса плюс один резервный. Суммарная подача работающих подпорных насосов должна соответствовать подаче магистрального насоса.

В качестве привода для магистральных и подпорных насосов широкое распространение получили асинхронные и синхронные электродвигатели. В зависимости от исполнения электродвигателей они устанавливаются либо совместно в одном зале с насосами, либо в помещении, отделенном от насосного зала противопожарной стеной.

Характеристика ЦБН.

Характеристикой ЦБН называется графическая зависимость мощности, напора и КПД от подачи, при постоянном числе оборотов вала.

Характеристики насосов снимаются при нормальных испытаниях на холодной воде, на специальных испытательных стендах.

– заданные давления на выходе и входе

Рабочей зоной насоса называется диапазон расходов, лежащий в пределах снижения КПД от максимального не более чем на 2-3% (Обычно это 0,8…1,2 )

Параллельное и последовательное соединение насосов

Характеристикой перекачивающей станции принято называть суммарную зависимость напорных характеристик H(Q) для всех работающих насосов на ПС.

При последовательном соединении насосов подача их остается постоянной, а напоры складываются

1 – характеристика первого насоса

2- характеристика второго насоса

3 – суммарная напорная характеристика первого и второго насосов

При параллельном соединении насосов их подачи складываются, а напор остается постоянным

H1 = H2 = H

Q1 + Q2 = Q

Из этих уравнений следует H1 = H2

Такое соединение применимо для повышения производительности

2- суммарная характеристика 2-х параллельных насосов

1 – характеристика одного насоса

Для определения суммарной напорной характеристики нескольких параллельно работающих насосов складываются абсциссы характеристик H(Q) (рис.3.10).

Рис. 3.10. Суммарная характеристика H(Q) параллельно соединенных насосов

1 – одного насоса; 2 – двух насосов; 3 – трех насосов

При последовательном соединении производится сложение ординат (напоров насосов), соответствующих одинаковым расходам