5.3.1 Характеристики насосов и нпс

Основное назначение НПС заключается в сборе нефти или нефтепродукта из сечения трубопровода с низким напором, увеличение их напора и закачка в сечение с высоким напором. Главным элементом НПС является насос.

Насос – это устройство для принудительного перемещения жидкости от сечения с меньшим значением напора H_В к сечению с большим значением Н_Н. Разность указанных напоров или напор H создаваемый насосом называется дифференциальным напором насоса, а расход жидкости Q нефти, проходящей через насос – его подачей.

Характеристикой центробежного насоса называется графическое изображение зависимости развиваемого напора H, потребляемой мощности N, коэффициента полезного действия (КПД.) η и допустимого кавитационного запаса Δh_доп от подачи Q (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Характеристика центробежного насоса

С увеличением подачи напор насоса плавно уменьшается, потребляемая мощность и допустимый кавитационный запас возрастают, а коэффициент полезного действия сначала увеличивается, достигает максимума, а затем убывает. Напор и подача насоса, соответствующие его максимальному к.п.д. (η_max), называются номинальными, и обозначаются соответственно как H_Н и Q_Н. Центробежные насосы должны эксплуатироваться при высоких КПД (рабочая часть характеристики). Для магистральных и подпорных насосов, применяемых в трубопроводном транспорте, рабочая зона соответствует интервалу подач 0,8Q_Н  Q  1,2Q_Н.

Напорная характеристика центробежного насоса может быть описана уравнением параболы

(5.35)

где а и b – коэффициенты характеристики, определяемые при аппроксимации N экспериментально полученных значений напора и подачи или по заводской характеристике насоса, снятых на воде при заданном числе оборотов привода.

Q_ч – подача насоса, м³/ч.

Центробежные насосы на НПС соединяются последовательно и параллельно. При последовательном и параллельном соединении насосов справедливы те же зависимости что и для соединений трубопроводов (5.19) и (5.24), только вместо расходов подставляются подачи, а вместо потерь на трение – напоры.

При последовательном соединении характеристики насосов складываются при постоянных подачах, тогда суммарная характеристика насосного цеха имеет следующий вид

, (5.36)

где m – количество последовательно включенных работающих насосов.

С учётом матрицы состояния [_ij], отражающей схему включения насосов i-й НПС (_ij=1 при работающем насосе и _ij=0 при остановленном насосе) выражение (5.36) запишется в следующем виде

. (5.37)

При параллельном соединении характеристики насосов складываются при постоянных напорах

, (5.38)

где n – число параллельно включенных насосов.

Как правило параллельно включают однотипные насосы, тогда выражение (5.38) можно преобразовать к виду

, (5.39)

Гидравлической характеристикой НПС принято считать [25] зависимость напора на выходе из блока регуляторов давления от расхода. Таким образом, напор на выходе из НПС представляет собой сумму подпора на входе НПС h_П(Q) и дифференциальных напоров H_Σ(Q) всех работающих насосов за вычетом станционных потерь h_ст(Q)

, (5.40)

где φ_i – индекс состояния i-го магистрального насосного агрегата НПС (_i=1 при работающем насосе и _i=0 при остановленном насосе);

H_i(Q) – напор развиваемый i-м насосом при подаче Q, м.

Станционные потери складываются из потерь во всасывающем трубопроводе h_вс(Q), в коллекторе (в трубопроводной обвязки насосов) h_кол(Q), в БРД h_р(ψ, Q) и в технологических трубопроводах на участке от БРД до магистрали h_нач(Q)

, (5.41)

где ψ – угол поворота регулирующей заслонки.

Подпор на входе НПС обусловлен либо напоров подпорных насосов, либо остаточным напором от предыдущей станции.

Распределение напоров на НПС показано на рис.5.10: в работе находятся только два насоса (МНА №1 и МНА №3).

Рис. 5.10. Распределение напоров по НПС

Полезная мощность насоса N_пол определяется формулой

.

Потребляема мощность насосной установки N, состоящей из центробежного нагнетателя и электродвигателя, валы которых соединены механической передачей

, (5.42)

где η_н – КПД центробежного насоса, определяемый зависимостью

; (5.43)

где k₁, k₂, k₃ – коэффициенты аппроксимации, определяемые методом наименьших квадратов.

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

Коэффициент полезного действия электродвигателя _э в зависимости от его загрузки определяется выражением

, (5.44)

где r₀, r₁, r₂ – эмпирические коэффициенты, 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. 5.4 [2, 27];

Таблица 5.4

K_З – коэффициент загрузки электродвигателя, равный отношению мощности на валу электродвигателя N_в к его номинальной мощности N_эл.ном:

. (5.45)

Значения коэффициентов в формуле (5.45)

Потребляема мощность для НПС с РП, с учётом (5.37), определиться как

. (5.46)