Насосы в нефтепереработке доклад
Обновлено: 02.07.2024
Перекачка жидких продуктов на НПЗ осуществляется с помощью насосов. По принципу действия насосы делятся на динамические (лопастные), в которых перемещение жидкости производится за счет энергии лопасти вращающегося колеса, и объемные, в которых жидкость перемещается отдельными объемами.
Динамические насосы подразделяются на центробежные, центробежно-вихревые, вихревые, осевые и диагональные, а объемные – на поршневые, плунжерные, винтовые, шестеренчатые, коловратные и др. По роду перекачиваемой жидкости насосы, эксплуатирующиеся на НПЗ, делятся на нефтяные – перекачивающие нефть и нефтепродукты, химические – перекачивающие химически активные жидкости (кислоты, щелочи, кислые гудроны и др.), общего назначения – перекачивающие воду, неагрессивные растворы химических веществ, очищенные стоки и другие жидкости.
Наиболее широко применяются на НПЗ центробежные, плунжерные, шестеренчатые, винтовые насосы.
Расчет и выбор насоса состоит из следующих этапов: 1) расчет расхода, температуры, плотности и вязкости перекачиваемой жидкости;
2) определение напора во всасывающей ( h вс и нагнетательной ( h нагн. ) линии ( в м.ст. жидкости);
3) расчет необходимого дифференциального напора насоса Н= h нагн. - h вс ;
4)подбор насоса по расходу и дифференциальному напору с учетом физико-химических свойств и коррозионной активности жидкости (при подборе используются справочники, каталоги и номенклатурные перечни машиностроительных заводов).
Учитывая возможные отклонения реальных характеристик насосов от справочных данных, дифференциальный напор принимают на 5-10% выше расчетного.
В зависимости от конструкции насоса он может обеспечивать всасывание жидкости из емкости (колонны, теплообменника и т.п.), расположенной ниже оси всасывающего патрубка, или наоборот требовать подпора, т.е. превышения уровня жидкости в емкости над осью всасывающего патрубка. Величину допустимой высоты всасывания или минимального подпора hs находят по формуле:
hs = Pa / r q ) • 10 5 - Р n /( r q ) • 10 5 - D h доп - h вс
где Ра – абсолютное давление на свободную поверхность жидкости в емкости, МПА; Рп – давление насыщенных паров перекачиваемой жидкости, МПа; r - плотность жидкости, кг/м 3 ; q – ускорение свободного падения; D h доп - допустимый кавитационный запас насоса (приводится в каталогах); h вс - гидравлическое сопротивление всасывающего трубопровода, м. ст. жидкости.
Мощность, потребляемая насосом N , определяется по его характеристике (по графику Q - N ) или расчетным путем. Как правило, в справочных данных указывается мощность, потребляемая насосом при перекачивании жидкости с плотностью 1 т/м 3 . При перекачивании жидкостей, отличающихся по плотности от воды, потребляемая мощность пересчитывается по соотношению N 1 / N 2 = r 1 / r 2 или определяется по формуле (в кВт) N =( QH r /367 h
После определения мощности, потребляемой насосом, рассчитывается мощность электропривода N э
где k – коэффициент запаса.
Коэффициенты запаса определяются в зависимости от значений потребляемой мощности:
N, кВт 20 20-50 50-300 выше 300
K 1,25 1,2 1,15 1,1
При выборе насоса необходимо, чтобы область его применения находилась в зоне наибольших значений к.п.д.
Центробежные насосы обеспечивают равномерную подачу продукта. Нефтяные центробежные насосы используются для перекачивания нефти, нефтепродуктов и сжиженных углеводородных газов. На НПЗ получили широкое распространение стальные центробежные консольные насосы типа К и агрегаты на их базе, секционные межопорные насосы НПС и НСД. Номенклатурный ряд данных насосов с основными техническими характеристиками приводится в таблицах 1 и 2. Изготовителями насосов являются ОАО "Волгограднефтемаш" и РУП "Бобруйский машиностроительный завод".
Применяются на НПЗ также насосы типа НМ и НПВ, разработанные для использования в насосных станциях магистральных трубопроводов. Номенклатурный ряд этих насосов приводится в таблице 3. Изготавливает насосы НМ и НПВ объединение "Насосэнергомаш" г.Сумы.
Для откачки нефтепродуктов из заглубленных резервуаров применяются насосы типа НА, а для откачки продуктов из дренажных заглубленных емкостей – насосы НВ. Производителями этих насосов являются ОАО"Лебедянский машиностроительный завод, "ОАО "ЭНА" г.Щелково.
Пример условного обозначения: НК 65/35-125 В 1б С ДН60МО2-У4,
где Н- нефтяной; К- консольный; 65/35- в числителе подача при роторе 1, в знаменателе при роторе 2, м 3 /ч;125-напор,м ст. ж; В-направление входного патрубка; 1- вариант ротора; б – вариант диаметра рабочего колеса; С- материальное исполнение; ДН:60МО2- тип уплотнения; У4-климатическое исполнение и категория размещения.
В зависимости от свойств перекачиваемого продукта нефтяные насосы комплектуются различными типами уплотнений:
торцовые одинарные- ОНП, ОНК, ОНТ, БО, УТ;
торцовые двойные - ДНК, ДНТ, УТД, УТДХ;
торцовые двойные типа "ТАНДЕМ"- ДНМО2, СУДНМО2ТТ, УСГ, ССПТ, ДН.
сальниковые- СО, СГ.
Основные производители уплотнений - ООО "М-Б Гидромаш", "Нальчикский машиностроительный завод", научно-производственный центр "АНОД".
Герметичные насосы. За последние годы широкое распространение получили бессальниковые герметичные насосы со встроенным двигателем типа ЦГ, БЭН.
Производительность этих насосов - от 6,3 м 3 /ч до 400 м 3 /ч, напор от 12,5 до 400 м ст. ж., они изготавливаются объединением "Молдавгидромаш", г.Кишинев.
Пример условного обозначения этих насосов : ЦГ 6,3/25а-К-0,75-4-У2,
где 6,3-производительность м 3 /ч, 25-напор, м ст. ж, а- обточка колеса,
К-материальное исполнение, 0,75-мощность электродвигателя кВт,
4-конструктивное исполнение,У2-климатическое исполнение и категория размещения.
Центробежные герметичные насосы с магнитной муфтой типа ЦМГ. с выносным двигателем, имеющие производительность от 2,5 до 25м 3 /ч и дифференциальный напор до 50 м ст. ж. изготавливаются концерном "Российские насосы"г. Москва.
Химические насосы. Для перекачивания химически активных и нейтральных жидкостей используются химические насосы типа Х, АХ, ТХ, АХП производительностью от 2 до 2000 м 3 /ч и напором от 10 до 390 м ст. ж. Насосы могут быть изготовлены из углеродистой стали, хромистой стали, хромоникелиевых сталей и сплавов.
Пример условного обозначения :Х(Е) 50-32-125а-К-55-У4, где Х тип насоса, Е- взрывозащищенное исполнение, 50-диаметр входного патрубка. мм, 32- диаметр выходного патрубка,мм, 125-номинальный диаметр рабочего колеса, а- вариант обточки рабочего колеса, К-материальное исполнение, 55-тип уплотнения, У4-климатическое исполнение и категория размещения.
Химические насосы изготавливаются в ЗАО "Катайский насосный завод", АООТ "Насосный завод" г.Екатеринбург, ОАО "ЭНА"г.Щелково и другие.
Дозировочные плунжерные насосы . Дозировочные агрегаты типа НД имеют широкую гамму производительности (от 0,63 до2500 м 3 /ч) и напора ( до 400кгс/см 2 ). Изготовляются одно и многоплунжерные насосы. Материальное исполнение: хромистая и хромоникелиевая сталь. Насосы производятся ОАО"НЕФТЕМАШ"-САПКОН, концерном "Российские насосы", ОАО"Свесский насосный завод".
Агрегаты электронасосные мембранные дозировочные . При перекачке небольших количеств нефтепродуктов и реагентов, а также в случае необходимости подачи продуктов порциями на НПЗ применяются мембранные дозировочные насосы
Шестеренные и винтовые насосы . Для перекачки нефтепродуктов могут использоваться винтовые и шестеренные насосы. Шестеренные насосы т ипа Ш, НМШ, НМШГ (производительность от 0,8 до 6 м 3 /ч, давление нагнетания от 3 до 160 кгс/см 2 ) изготавливаются ОАО"Ливгидромаш". Этот же завод изготавливает винтовые насосы - одновинтовые -типа Н1В,АН1В, двухвинтовые-типа А12ВВ А12ВГ, трехвинтовые типа А13В,А23В. Производительность винтовых насосов 0,6 - 320м 3 /ч, давление нагнетания от 1,6 до 100 кгс/см 2 .
Нефтяной насос – один из наиболее сложных типов оборудования в нефтяной промышленности в отношении эксплуатации и ремонта. Как известно, нормальное функционирование оборудования зависит не только от правильного выбора устройства, но и от выполнения правил эксплуатации и условий работы.
Агрегаты для нефтегазовой промышленности могут перекачивать нефть, нефтепродукты, воду, щелочи, сниженные газы, кислоты и функционируют в больших диапазонах напора, температуры и производительности.
1 Какие бывают нефтяные насосы?
Насосы для нефтяной промышленности должны обладать высокой мощностью, ведь перекачиваемый материал устройство должно добывать из значительной глубины нефтяной скважины. На характеристики скважин влияет тип энергии, который используется насосом для нефти. Поэтому, устанавливают определенный тип привода в механизме, в зависимости от условий эксплуатации.
Насосы для нефтепродуктов оборудуют следующими типами приводов:
- гидравлический;
- электрический;
- механический;
- пневматический;
- термический.
Нефтяные скважинные насосы
Электронасос с электрическим приводом, при наличии электроэнергии, самый удобный и может дать больший диапазон характеристик в тот момент, когда происходит откачка нефти.
Когда же электросеть недоступна, насосы для перекачки нефти оснащают газотурбинными двигателями, или двигателями внутреннего сгорания. На центробежные насосы устанавливают пневматические приводы в случаях, когда можно использовать в качестве питания энергию высокого давления (природный газ), либо энергию газа попутного, что весьма поднимает уровень рентабельности насоса для перекачки нефтепродуктов.
к меню ↑
1.1 Виды насосов
Насосное оборудование делится на два основных типа: винтовые и центробежные.
к меню ↑
1.2 Винтовые
Винтовые насосы для добычи нефти могут работать в более сложных условиях, чем центробежные. Так как винтовые устройства перекачивают рабочую среду без контакта винтов, они могут работать с загрязненными жидкостями (пульпа, сырая нефть и т.д.), а еще с жидкостью с высокой плотностью.
Вертикальный нефтяной винтовой полупогружной насос
Винтовой самовсасывающий агрегат бывает в двух исполнениях: одновинтовым и двухвинтовым. Двухвинтовой прибор хорошо справляется с вязкими материалами температурой от -60 до +450˚С.
к меню ↑
1.3 Центробежные
Нефтяные центробежные насосы бывают следующих видов:
- консольные устройства, которые оснащены жесткой или упругой муфтой;
- двухопорные механизмы, что разделяются на: одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые;
- вертикальные полупогружные.
Насосные приборы также разделяют по уровню температуры перекачиваемой среды:
- t 80˚С – полупогружные, магистральные многоступенчатые устройства, которые имеют рабочее колесо одностороннего входа;
- t 200˚С – консольные и горизонтальные многоступенчатые чугунные агрегаты;
- t 400˚С – консольные стальные механизмы, которые оборудованы рабочим колесом одностороннего или двустороннего действия.
Зависимо от температуры перекачиваемой жидкости, насосное оборудование оснащают уплотнителями: одинарные для t не более 200˚С, двойные торцевые для t не более 400˚С.
Нефтяные приборы также разделяют по области применения: для добычи и перемещения нефти и те, которые применяют в процессе подготовки и переработки нефтепродукта.
Центробежный нефтяной насос
К первой группе относят механизмы, которые подают жидкость на групповое замерное оборудование, на центральный пункт сбора, а еще устройства, которые перекачивают нефть внутри помещения (производство нефтепродуктов — нефтеперерабатывающий завод). Во вторую группу входят устройства для подачи нефти в центрифуги, теплообменники, сепараторы.
к меню ↑
1.4 Погружной агрегат для нефтепродуктов
Погружные нефтяные устройства разделяют на следующие виды, в зависимости от способа работы силовой установки:
- Бесштанговые, когда силовая установка находится внутри прибора и заставляет работать механизм, отвечающий за извлечение жидкости на поверхность.
- Штанговые насосы — механизм, что выталкивает рабочую среду на поверхность при помощи электромотора, который находится наверху, в движение такой механизм приводит штанга. Штанговые глубинные агрегаты применяют, в основном, как механизм, добывающий нефть или минералы.
Скважинный механизм для перекачки нефти отличается от водяного техническими характеристиками и мощностью добычи ископаемого на поверхность:
2 Нефтяная качалка
Добыча нефти происходит при помощи глубинных механизмов, основой которых является станок-качалка. Это один из видов наземного приводного устройства, управляют которым операторы при эксплуатации скважин.
Схема работы нефтяной качалки
Самый распространенный привод штангового агрегата используют для свайной разработки месторождений. При помощи такого устройства можно добывать нефтепродукты в условиях вечной мерзлоты. Пользуются популярностью нефтяной и газовый механизмы в виде станков-качалок с одноплечными балансирами. Такое оборудование применяют в качестве индивидуального привода в условиях добычи нефти.
Принцип работы агрегата сравним с функцией шприца, которая обеспечивается штанговым прибором. Качалку оснащают колоннами из компрессионных труб, по которым осуществляется добывание и передача нефтяной жидкости.
Одной из важных характеристик станка-качалки является мощность двигателя. Типовый нефтяной агрегат делает свою работу при условии подачи усилия в 25 кВт. Более расширенный анализ характеристик предусматривает учет вида ремня, особенности тормозной системы и диаметр шкивов.
При выборе устройства, стоит обратить внимание и на габаритные размеры, которые играют важную роль при установке определенного станка в конкретных условиях. Типовый насос может обладать длиной в 7 м, а шириной – до 2,5 м, при этом вес механизма обычно больше 10 кг.
к меню ↑
2.1 Струйные модели для добычи нефти
Струйные устройства используют для всасывания, нагнетания жидких материалов, для охлаждения или нагревания с помощью смешивания с другими жидкостями, газами или парами.
Струйный насос для добычи нефти
Такие механизмы относятся к динамическим насосам трения, у которых нет вращающихся частей, а поток жидкости перемещается за счет трения, которое появляется между ним и рабочим потоком жидкости. Рабочая жидкость подводится к устройству снаружи и обязана иметь достаточно энергии, чтобы обеспечить перекачку нефти с необходимыми параметрами.
Струйный агрегат соединяют с насосно-компрессорным трубопроводом и вместе с генератором, спецфильтром и паркером опускают в необходимое место (заданная глубина скважины). Нефть под давлением перекачивается по НКТ.
С помощью каналов в спецмуфте и кольцевого зазора между корпусом и внутренней частью инжектора нефть оказывается в окнах делителя. Часть потока рабочей среды направляется через сопло в камеру смешения, взаимодействуя с пассивной нефтью приемной камеры.
к меню ↑
Среди современных способов добычи и переработки нефти можно выделить несколько основных видов насосов для перекачки нефтепродуктов:
Эрлифт. Это струйные электронасосы для добычи нефти, которые выглядят как вертикальные трубы, нижним концом погруженные в жидкость. В нижнюю часть трубы под давлением подается воздух, образуется пена, которая начинает подниматься на поверхность за счет разницы давлений между пеной и нефтью.
Достоинство эрлифта: неограниченный источник воздуха, для накачки в трубу. Недостаток: слишком маленький КПД.
Газлифт. В отличие от эрлифта, в газлифт закачивают не воздух, а газ, поэтому, это так называемый самовсасывающий газовый насос. Дальнейший принцип действия тот же: по трубе газ накачивается в башмак, смешивается с нефтью, и поднимается вверх на разнице образованного давления.
Достоинство газлифта: гораздо больший по сравнению с эрлифтом КПД. Недостаток: обязательные установки для подогрева нагнетаемого газа (ППГ-1), чтобы избежать проблем и избыточным гидратообразованием.
УЭЦН. Центробежные нефтяные насосы промышленности по своей конструкции практически ничем не отличаются от обычной центробежной техники. Откачка нефти и откачка воды происходят по одинаковым принципам.
Погружные нефтяные центробежные насосы – это так называемые ПЦЭН, которые представляют из себя многоступенчатую (до 120 ступеней в 1-ом блоке) технику, с двигателями специальной погружной модификации.
Погружной насос для нефтепродуктов можно достраивать до 400 ступеней. Глубинные нефтяные насосы для нефтепродуктов состоят из:
Вариация УПЦЭН – это установки с меньшим количеством металлических деталей, по сравнению с ПЦЭН, но с большей производительностью. УПЦЭН может перекачивать до 114 тонн в сутки.
Маркировка условных обозначений аппаратов УЭЦН М(К)/5А/250/1000 означает, что это:
-5А – это характеристика поперечных габаритов обсадной колонны;
-нефтяной насос справляется с подачей 250 кубических метров в сутки;
-и напором в 1000 метров.
УЭВН. Винтовые насосы для добычи нефти бывают двух видов: ЭВН и ВНО. ЭВН входит в состав установки, которая состоит из станции управления и трансформатора, которые располагаются на поверхности. Добывающий скважинный погружной аппарат, оснащенный асинхронным маслонаполненным двигателем, может добывать пластовую жидкость повышенной вязкости.
Устройство УЭВНВНО входит в состав установки которая состоит из станции управления и электрического привода. В нефтяной промышленности его используют для труб, у которых внутренний диаметр не менее 121,7 мм.
Главной особенностью винтовых нефтяных насосов является так называемый червячный винт. Винт вращается в резиновой обойме, полости заполняются жидкостью, и она проходит вверх вдоль оси винта. Причем, второй отличительной особенностью этих установок стало вдвое сниженное количество оборотов вращения двигателя (в сравнении с ПЦЭН).
ШСН. Штанговые насосы для нефтегазовой промышленности – это комплексы из наземных и подземных установок. Подземное оборудование – это сам штанговый напорный аппарат с неподвижным всасывающим клапаном в нижнем торце цилиндра и подвижным клапаном для нагнетания в верху плунжерного поршня, трубопроводы, штанга и защитные якоря или хвостовики.
Наземная аппаратура этого комплекса – это так называемый станок-качалка. Качалка состоит из закрепленных на одной раме в бетонном фундаменте, пирамиды, редуктора и электродвигателя. На пирамиде закреплен балансир, который качается на поперечнике, соединен с кривошипом и размещен по обе стороны от редуктора. Балансир и кривошип удерживаются в нужном положении тормозным аппаратом, а вся установка уравновешивается противовесами.
Есть разные модели качалок – одноплечие и двуплечие. Разделение происходит по типу установленного на них балансира. Глубина, которую способны освоить качалки – от 30-ти метров до 3, а иногда и 5 км.
Магистральные насосы для перекачки нефти.
Нефтеперерабатывающий промышленный комплекс включает в себя не только добычу и переработку, но и транспортировку нефтепродуктов. При этом перекачиваемый продукт может быть разной степени вязкости и температуры.
Поршневые насосы. Конструкция. Эксплуатация.
Широко применяются поршневые насосы в нефтяной промышленности для транспортировки нефти из промыслов на нефтеперерабатывающие заводы, а также в технологических схемах этих заводов для перекачивания холодных и горячих нефтепродуктов.
Поршневые кривошипные насосы используются в системах водоподготовки тепловых электростанций для дозирования и подачи реагентов в котельную воду. В качестве насосов-дозаторов поршневые насосы широко используются в химической промышленности для дозирования нейтральных и агрессивных жидкостей, эмульсий и суспензий.
Кривошипные поршневые насосы используются при обработке металлов давлением (штамповании, прессовании) в металлургии, при переработке пластических масс, для осушения трюмов водного транспорта и др.
Нашли широкое использование кривошипно-шатунные насосы с линейным размещением плунжеров в составе гидроприводов горных машин, в частности – гидроприводов механизированных крепей угольных шахт. Они являются основой насосных станций СНД 300/40 и СНТ 100/32 с максимальными давлениями соответственно 40 и 32 МПа, в которых в качестве рабочих жидкостей используются водомасляные эмульсии и действительные водные растворы. Отечественной промышленностью выпускается также насосный агрегат УНГ.200 с максимальным давлением 32 МПа для нагнетания воды в углепородные массивы.
У поршневого насоса подача осуществляется при помощи вытеснителя (поршня или плунжера), совершающего возвратно-поступательное движение в цилиндре. Простейший поршневой насос показан на рис. 1.
В цилиндре 3 помещен поршень 4, плотно прилегающий своей боковой поверхностью к стенке цилиндра. Поршень получает движение от двигателя (не показан) при помощи кривошипно-шатунного механизма 6 и штока 5. К цилиндру прикреплена (или отлита заодно с ним) клапанная коробка 2, в которой размещены всасывающий 9 и напорный (нагнетательный) 10 клапаны. К клапанной коробке присоединены всасывающая 7 и напорная 1 трубы. Насос забирает жидкость из резервуара 8. Через обозначена геометрическая высота всасывания насоса.
 |
Рисунок 2 – Принцип действия поршневого насоса простого действия |
Клапаны насоса самодействующие и пропускают жидкость только в одном направлении – снизу-вверх. Пространство, заключенное между поршнем и клапанами, называется рабочей камерой насоса. Расстояние между крайними положениями поршня называется его ходом ( ):
