Подготовка стенда к работе

1 Включить лабораторный стенд. Повернуть ключ на центральной стойке в положение ВКЛ.

2 Включить компьютер.

3 Запустить программу управления лабораторным стендом.

4. Открыть заслонки регуляторов давления РД1 и РД2 на полное сечение (значение 100).

5. Установить максимальную частоту вращения роторов для насосов Н1, Н3, Н5, оборудованными ЧРП (значение 100).

6. Убедиться, что задвижки лупинга, линии сброса и линии слива рабочей жидкости закрыты.

 

Методика проведения работы

1 Запустить последовательно все насосы в порядке следования перекачиваемого продукта. Ожидайте примерно 5-10 минут для удаления из системы пузырьков воздуха и наступления установившегося режима перекачки.

2 Изменяя количество включенных насосов и частоту вращения рабочих колес насосов Н1, Н3 и Н5 установите не менее восьми значений подачи, измеряемой расходомером Р1 (Р2). При этом не допускайте давления меньше нуля перед перекачивающими станциями (условие имитации безкавитационной работы насосов). Показания датчика расхода, количество включенных насосов и отношение измененной частоты вращения рабочего колеса на максимальную частоту для насосов Н1, Н3 и Н5 необходимо занести в таблицу 3.1.

 

Таблица 3.1 – Экспериментальные данные

№ п/п	Количество включенных насосов, s	Напряжение в обмотках двигателя насоса Н1, В	Напряжение в обмотках двигателя насоса Н3, В	Напряжение в обмотках двигателя насоса Н5, В	Показания датчиков расхода, л/мин

3 Для всех значений расхода, используя данные из таблицы 1.1, определить теоретические потери напора на трубопроводе по формуле (3.13) и по формуле (3.15). Записать результаты расчетов в таблицу 3.2.

 

Таблица 3.2 – Расчет потерь напора на трубопроводе и развиваемого насосами напора.

№ п/п	Расход Q, л/мин

 

5 В случае большого расхождения уточните суммарный коэффициент местного сопротивления .

6 Аналогично сделайте опыты и расчеты для трубопровода с подключенным лупингом.

 

Содержание отчета

1 Записать цель работы.

2 Зарисовать схему установки.

3 Записать основные теоретические сведения.

4 Заполнить экспериментальные данные в таблицу 3.1.

5 Записать расчетные формулы и результаты расчетов в таблицу 3.2.

6 Построить напорную характеристику трубопровода на графике. Расставить экспериментальные точки на полученном графике.

7 Повторить пункты 4-7 для трубопровода с подключенным лупингом.

8 Сделать выводы по лабораторной работе.

 

Контрольные вопросы

1 Что подразумевается под напорной характеристикой трубопровода?

2 Как влияет на напорную характеристику вязкость перекачиваемого продукта?

3 Напишите уравнение баланса напоров. Объясните его физический смысл.

4 Как смещает рабочую точку подключение к трубопроводу лупинга?

5 Какими мероприятиями можно добиться увеличения расхода?

6 Почему при снятии напорной характеристики трубопровода нельзя изменять расход с помощью регуляторов давления РД1 и РД2?

 

 

 

4 Лабораторная работа №3
Расчет и регулирование режимов работы магистрального трубопровода

Цель работы

Определение возможных режимов работы технологического участка магистрального трубопровода и их регулирование.

 

Теоретическая часть

При отсутствии перекачивающих агрегатов с регулируемой частотой вращения ротора насоса эксплуатация нефтепровода может происходить на различных режимах, смена которых происходит дискретно при изменении вариантов включения насосов и перекачивающих станций. Расход Q, который устанавливается в трубопроводе при различных режимах, определяется из уравнения баланса напоров и зависит от количества включенных насосов, их напорных характеристик и схемой их включения (параллельно, последовательно).

Однако по уравнению баланса напоров совершенно безразлично, где эти насосы установлены: все на головной перекачивающей станции, на конечной или как-то иначе. В действительности, величины подпоров и напоров на входе и выходе перекачивающих станций должны удовлетворять условиям:

	(4.1)
	(4.2)

где , – разрешенные значения подпора и напора на входе и выходе -й перекачивающей станции.

задается из условий неразрывности гидравлического потока и бескавитационной работы насосов. определяется из условий надежности трубопроводной системы и максимальных напряжений стенки трубопровода.

Исходя из условий (4.1) и (4.2) получается, что не все режимы (комбинации включенных насосов на перекачивающих станциях). В условиях лабораторного стенда фактические значения подпора и напора на входе и выходе -й перекачивающей станции определяются по формулам:

	(4.3)
	(4.4)

где – количество включенных насосов на -й перекачивающей станции.

Алгоритм расчета возможных режимов работы трубопровода на лабораторном стенде следующий:

1. Задаваясь количеством включенных насосов на каждой перекачивающей станции вычислить расход по формуле (3.12). Можно определить графически, используя уже известные напорные характеристики насосов и трубопровода.

2. По формулам (4.3) и (4.4) рассчитать подпоры на входе и напоры на выходе каждой станции.

3. Проверить выполнение условий (4.1) и (4.2): если они выполняются для каждой станции, то такая комбинация включения насосов возможна, в противном случае – нет.

Однако любое нарушение материального и энергетического баланса перекачивающих станций и трубопровода для возможных режимов приводит к изменению условий работы и может сделать режим недопустимым. Данная особенность обуславливает необходимость регулирования.

К основным факторам, влияющим на режимы работы системы «ПС – трубопровод», можно отнести следующие:

- переменная загрузка трубопровода, вызванная различной закономерностью работы поставщиков и потребителей;

- изменение реологических параметров перекачиваемого подукта вследствие сезонного изменения температуры, а также влияния содержания воды, парафина, растворенного газа и т. п.;

- технологические факторы – изменение параметров насосов, их включение и отключение, наличие запасов нефти или свободных емкостей и т. д.;

- аварийные или ремонтные ситуации, вызванные повреждениями на линейной части, отказами оборудования ПС, срабатываниями предельной защиты.

Некоторые из этих факторов действуют систематически, некоторые – периодически. Все это создает условия, при которых режимы работы системы «ПС – трубопровод» непрерывно изменяются во времени.

Из уравнения баланса напоров следует, что все методы регулирования можно условно разделить на две группы:

- методы, связанные с изменением параметров перекачивающих станций:

1) изменение схемы соединения насосов;

2) регулирование с помощью применения сменных роторов или обточенных рабочих колес;

3) регулирование изменением частоты вращения вала насоса;

- методы, связанные с изменением параметров трубопровода

1) дросселирование;

2) перепуск части жидкости во всасывающую линию (байпасирование).

В условиях лабораторного стенда возможно регулирование дросселированием и изменением частоты вращения вала насоса.

Метод дросселирования на практике применяется сравнительно часто, хотя и не является экономичным. Он основан на частичном перекрытии потока нефти на выходе из насосной станции, то есть на введении дополнительного гидравлического сопротивления. При этом рабочая точка из положения А₁ смещается в сторону уменьшения расхода в точку А₂ (рис. 4.1).

 

H

Q1

Q2

Q

A1

A2

H1

H2

H1*

hДР

Рисунок 4.1 – Совмещенная характеристика ПС и трубопровода при регулировании дросселированием и байпасированием

 

Изменение частоты вращения вала насоса – прогрессивный и экономичный метод регулирования. Применение плавного регулирование частоты вращения роторов насосов на ПС магистральных нефтепроводов облегчает синхронизацию работы станций, позволяет полностью исключить обточку рабочих колес, применение сменных роторов, а также избежать гидравлических ударов в нефтепроводе. При этом сокращается время запуска и остановки насосных агрегатов. Однако, в силу технических причин, этот способ регулирования пока не нашел широкого распространения.

Метод изменения частоты вращения основан на теории подобия

(4.5)

где и – подача и напор, соответствующая частоте вращения рабочего колеса ;

и – то же при частоте вращения рабочего колеса .

При уменьшении частоты вращения характеристика насоса изменится и рабочая точка сместится из положения А₁ в А₂ (рисунок 4.2).

В соответствии с (4.1) при пересчете характеристик насоса с частоты вращения на частоту , получим следующие соотношения:

(4.6)

Следует отметить, что изменять частоту вращения в широких пределах нельзя, так как при этом существенно уменьшается к. п. д. насосов.

 

H

Q1

Q2

Q

n2

n1

A1

A2

H1

H2

 

Рисунок 4.2 – Совмещенная характеристика нефтепровода и насоса при изменении частоты вращения вала