II.Расчёт подпорного магистрального насоса.

После выбора магистрального насоса типа НМ для насосов с номинальной подачей Q_О.Н = 1250 м³/ч, установленных на головной насосной перекачивающей станции (ГНПС или ГНС, в которой реализована постанционная схема перекачки нефти) или промежуточных насосных перекачивающих станциях (ПНПС или ПНС, работающих по схеме с подключенными резервуарами), имеющих в своем составе резервуарные парки, необходимо подобрать под подпорный насос.

На перекачивающих станциях, имеющих резервуарный парк, подпорные насосы для основных насосов с подачами 1250 м³/ч и более подбираются таким образом, чтобы номинальная подача подпорного насоса, подающего нефть из резервуара на вход основного насоса, была равна номинальной подаче основного насоса. Принимаем для НМ 1250-260 насос НПВ 1250-60, с характеристиками, приведенными в таблице 10.

1. Определяем подачу в оптимальном режиме:

_{=(-10,01*10-4)/(-2*35,11*10-8)=1425,5 м3/ч,}

Q_Л = 0,8 Q_В.опт =0,8*1425,5=1132,4 м³/ч

Q_П =1,2 Q_В.опт =1,2*1425,5=1710,6м³/ч

Q_Л≤Qч≤ Q_П

1132≤1134≤1710, значит основной насос нами выбран верно.

2. Определяем максимальный К.П.Д. на воде :

_{=5*10-2+10,01*10-4*1425,5-35,11*10-8*1425,52=0,763}

3. Напорная характеристика подпорных насосов в оптимальном режиме:

H_Пвопт = h_.Пв + a_Пвопт ∙ - в_Пв =77,1+0-11,48*

10^-6*1425,5²=53,77 м,

h_Пв, a_Пв и в_Пв - коэффициенты приведены в таблице 10.

4. Определяем аналитическую зависимость напора, развиваемого насосом от его подачи:

H_Пв = h_.Пв + a_Пв ∙ Q - в_Пв Q²=77,1-11,48*10^-6*1250²=59,16 м.

III. Пересчет характеристик основного насоса с воды на вязкую жидкость

Выбрав магистральный (НМ, см. табл.9) и подпорный (НМП*, НДвН, НДвН* или НПВ, см. табл.10, в зависимости от величины номинальной подачи основного насоса) насосы, необходимо оценить целесообразность пересчета паспортных характеристик основных и подпорных насосов (напора, подачи, допустимого кавитационного запаса, к.п.д., мощности), приведенных заводом-изготовителем для воды (_t = 1000 кг/м³ , _в = 1 ма∙с, и _в = 1сСт = 10² Ст = 10^-6 м²/с при t_ст = 20С), в случае отклонения свойств транспортируемой жидкости (_t, _{t ,} _t при t=t_п.н.) от свойств воды.

Пересчёт характеристик необходим, если кинематическая вязкость транспортируемой жидкости _t при заданной температуре перекачки t = t_п.н попадает на интервал:

_п  _t  _доп ,

где _п – критическое значение вязкости (в м²/с) перекачиваемой жидкости, при превышении которой необходим пересчёт напора и подачи НМ;

_доп - максимально-допустимая вязкость жидкости, при которой центробежный насос ещё способен вести перекачку без предварительной подготовки жидкости (например, без предварительного её подогрева: для центробежных нефтяных насосов серии НМ _доп = 3Ст = 310^-4 м²/с).

1. Определяем кинематическую вязкость _t:

_t =_t /_t=164,32*10^-3/786,1=0,2*10^-3 СТ,

где _t – плотность (в кг/м³)

_t - динамическая вязкость (в Па с) перекачиваемой жидкости при t = t_П.Н., которая находится по формуле Рейнольдса-Филонова:

_{=100*е-0,025*(0-20)=164,32*10-3Па*с},

при -5С  t_П.Н.  80С ,

где  - коэффициент крутизны вискосограммы ( = 0,02 – 0,03, где нижний предел соответствует высоким температурам, а верхний – низким, в наших расчётах принимаем  = 0,025).

2. Определяем критическое значение вязкости перекачиваемой среды:

Чтобы вычислить значение _П , определяющее необходимость пересчёта коэффициентов в напорной характеристике насоса, необходимо найти число Re_H, называемое числом Рейнольдса в насосе, и сравнить его с переходным числом Рейнольдса Re_П:

₌

_{=(3000*4402)/(0,2*60*10-3)=(3000*0,442)/(0,2*60*10-3)=48400}

где и _t – скорость схода жидкости с лопаток рабочего колеса насоса (в м/с)

_t – кинематическая вязкость перекачиваемой жидкости (в м²/с,

D_K– диаметр (в м) рабочего колеса насоса.

n – число оборотов (в с^-1) рабочего колеса насоса.

_{=3,16*105*66,9-0,305=87686}

где n_S - коэффициент быстроходности насоса на режиме максимального к.п.д., являющийся индивидуальной характеристикой насоса

=3,65*3000/60*(1167/2)0,5/(266/1)0,75=66,9,

где n – число оборотов ротора (рабочего колеса) насоса, об/мин

Q _В.опт - подача (м³/ч) насоса при работе на воде с максимальным к.п.д.

Н_В.опт - напор (м) насоса при работе на воде с максимальным к.п.д.

n_K, - число последовательно установленных рабочих колёс (ступеней насоса) (Н_В.опт /n_K - напор создаваемый одной ступенью,).

n_BC - число сторон всасывания рабочего колеса Q _В.опт /n_BC - расход, приходящийся на одну сторону рабочего колеса).

₍₄₈₄₀₀87686) , _п  _t , следовательно характеристики центробежного нагнетателя, построенные на воде (_п =1Ст), отличаются от характеристик нагнетателя, работающего на более вязкой жидкости, т.е. коэффициенты в уравнеии:

Н_ПВ = F_ПВ(Q) = h_П.В – b_П.В Q² пересчитываются.

Рис. 2. Зависимости коэффициентов пересчёта К_Н, К_Q и K_ от числа Рейнольдса

в насосе Re_Н

Критическое значение вязкости нефти _п, выше которого необходим пересчет напорной характеристики: (n – об/с), откуда следует, что для насоса данного типа

_{=(3000/60*0,442)/87686=0,0001 Ст.}

3. Определяем коэффициенты пересчета напора К_Н, подачи

и к.п.д. К_ насоса с воды на вязкую нефть:

,

КН=1-0,128*lg(87686/48400)=0,967;

КQ=0,9671,5=0,95;

Кη=1-0,34*lg(112515,3/48400)=0,875.

где Re_гр – граничное число Рейнольдса (см. рис. 2);

_Reгр  0,22410⁵ _=0,224*10⁵_{*66,90,384=112515,3;}

а_ - поправочный коэффициент.

_а 1,33 _{=1,33*66,9-0,326=0,34.}

4. Определяем величины аппроксимационных коэффициентов h_м , а_м , b_м , c_0 , c_1 , c_2 в формулах

H_м = h_м + а_м  Q - b_м  Q² (или H_м = h_м - b_м  Q² при а_м = 0)

_м = c_0 + c_1 Q + c_2  Q²

_{=0,967*318,6=308,08;}

=0;

=0,00003855/0,935=4,12*10-5

_{=0,875*20,29*10-2=0,177;}

=910,36*10-4*(0,875/0,95)=95,42*10-5

=-44,35*10-8*(0,875/0,952)=-42,9*10-8

H_м = h_м + а_м  Q - b_м  Q²=308,08-0,0000412*1167²=251,97 м.

5. Определяем подачу насоса в оптимальном режиме:

_{=-95,42*10-5/(-2*42,9*10-8)=1112 м3/ч,}

при которой к.п.д. и напор насоса соответственно равны =0,177+95,42*10^-5*1112-42,9*10^-8*1112²

=0,7075.

=308,08-0,0000412*1112²=257,13 м.

IV. Пересчет характеристик подпорного насоса с воды на вязкую жидкость

Пересчёт характеристик необходим, если кинематическая вязкость транспортируемой жидкости _t при заданной температуре перекачки t = t_п.н попадает на интервал:

_п  _t  _доп ,

1. Определяем кинематическую вязкость _t:

_t =_t /_t=164,32*10^-3/786,1=0,2*10^-3 СТ,

где _t – плотность (в кг/м³)

_t - динамическая вязкость (в Па с) перекачиваемой жидкости при t = t_П.Н., которая находится по формуле Рейнольдса-Филонова:

_{=100*е-0,025*(0-20)=164,32*10-3Па*с},

при -5С  t_П.Н.  80С ,

где  - коэффициент крутизны вискосограммы ( = 0,02 – 0,03, где нижний предел соответствует высоким температурам, а верхний – низким, в наших расчётах принимаем  = 0,025).

2. Определяем критическое значение вязкости перекачиваемой среды:

Чтобы вычислить значение _П , определяющее необходимость пересчёта коэффициентов в напорной характеристике насоса, необходимо найти число Re_H, называемое числом Рейнольдса в насосе, и сравнить его с переходным числом Рейнольдса Re_П:

_{=(1500*4952)/(0,2*60*103)=(1500*0,4952)/(0,2*60*10-3)=30628}

где – скорость схода жидкости с лопаток рабочего колеса насоса (в м/с)

_t – кинематическая вязкость перекачиваемой жидкости (в м²/с,

D_K– диаметр (в м) рабочего колеса насоса.

n – число оборотов (в с^-1) рабочего колеса насоса.

_{=3,16*105*122,68-0,305=72880,}

где n_S - коэффициент быстроходности насоса на режиме максимального к.п.д., являющийся индивидуальной характеристикой насоса

=3,65*1500/60*(1425,5/2)0,5/(53,77/1)0,75=122,68,

где n – число оборотов ротора (рабочего колеса) насоса, об/мин

Q _В.опт - подача (м³/ч) насоса при работе на воде с максимальным к.п.д.

Н_В.опт - напор (м) насоса при работе на воде с максимальным к.п.д.

n_K, - число последовательно установленных рабочих колёс (ступеней насоса) (Н_В.опт /n_K - напор создаваемый одной ступенью,).

n_BC - число сторон всасывания рабочего колеса Q _В.опт /n_BC - расход, приходящийся на одну сторону рабочего колеса).

(3062872880) _п  _t ,

следовательно характеристики центробежного нагнетателя, построенные на воде (_п =1Ст), отличаются от характеристик нагнетателя, работающего на более вязкой жидкости, т.е. коэффициенты в уравнеии:

Н_ПВ = F_ПВ(Q) = h_П.В – b_П.В Q² пересчитываются.

Критическое значение вязкости нефти _п, выше которого необходим пересчет напорной характеристики: (n – об/с), откуда следует, что для насоса данного типа

_{=(1500/60*0,4952)/72880=0,00008 Ст}

3. Определяем коэффициенты пересчета напора К_Н, подачи

и к.п.д. К_ насоса с воды на вязкую нефть:

КН=1-0,128*lg(72880/30628)=0,95;

КQ=0,951,5=0,925;

Kη=1-0,28*lg(142015,95/30628)=0,813,

где Re_гр – граничное число Рейнольдса (см. рис. 2);

_Reгр  0,22410⁵ _{=0,224*105*122,680,384=142015,95;}

а_ - поправочный коэффициент.

_а 1,33 _{=1,33*122,68-0,326=0,28.}

4. Определяем величины аппроксимационных коэффициентов h_м , а_м , b_м , c_0 , c_1 , c_2 в формулах

H_м = h_м + а_м  Q - b_м  Q² (или H_м = h_м - b_м  Q² при а_м = 0)

_м = c_0 + c_1 Q + c_2  Q²

_{=0,95*77,1=73,245 м;}

=0;

=(11,48*10-6)/ 0,952 =1,27*10-5

_{=0,813*5*10-2=0,04}

=(10,01*10-4*0,813)/0,925=87,97*10-5

=(-35,11*10-8*0,813)/0,9252= -33,36*10-8

H_м = h_м + а_м  Q - b_м  Q²=73,245-1,27*10^-5*1425,5²=47,44 м.

5. Определяем подачу насоса в оптимальном режиме:

_{=-87,97*10-5/(-2*33,36*10-8)=1318,49 м3/ч,}

_при которой к.п.д. и напор насоса соответственно равны

=0,04+87,97*10^-5*1318,49-33,36*10^-8*1318,49²=0,62

=73,245-1,27*10^-5*1318,49²=51,1 м.