Пример 11.

Определить возможность использования первого по ходу (подпорного) насоса для схемы перекачивающей станции, приведенной на рис. 4. Перекачивается нефть, имеющая плотность ρ _н=860 кг/м³ и кинематическую вязкость ν =25· 10^-6 м²/с, с расходом Q= 1100 м³/ч насосами НПВ 1250-60. Принять, что наиболее удаленный резервуар находится на расстоянии L _c=870 м от подпорного насоса, а остальные величины: z _р=5 м, z _пн= –1, 5 м, k _э=0, 2 мм. Нефть с температурой начала кипения Т _кип=315К перекачивается при температуре Т= 293К.

Решение.

Как известно, для нормальной работы насоса необходимо, чтобы минимальное давление р _вх на входе в него превышало давление р _п, при котором происходит парообразование нефти, на величину, соответствующую разности допустимого кавитационного запаса Δ h _доп и скоростного напора её на входе в насос согласно формуле (2.19). Поэтому следует проверить обладает ли установленный подпорный насос необходимой всасывающей способностью в условиях преодоления потоком нефти местных сопротивлений трубопроводной сети станции.

Согласно [1] величина давления на входе насоса связана с потерями напора в элементах сети соотношением

(2.26)

где z _р=5 м и z _пн=–1, 5 м – геодезические высоты соответственно днища резервуара и оси входного патрубка насоса; Н _взл=0, 3 м – высота взлива (уровень) нефти в резервуаре; v _вх– скорость нефти на входе в насос; D ₁=0, 8 м – диаметр входного отверстия насоса; Σ h _т – потери от действия сил трения в трубопроводе; Σ h _мс – потери от действия местных сопротивлений в трубопроводе.

Для определения скорости нефти на входе в насос воспользуемся правилом неразрывности потока, в соответствии с которым

м/с,

где м/с – скорость нефти в трубопроводе.

Потери, обусловленные гидравлическим уклоном i, определяются коэффициентом гидравлического сопротивления λ, зависящим от числа Рейнольдса

,

где число Рейнольдса для трубопровода согласно (2.15)

и для входа в насос .

Величина гидравлического уклона согласно (2.25)

‰,

а потери напора – Σ h _т= iL _c=5, 5· 10^-3· 870=4, 79 м.

Согласно технологической схеме (см. рис. 4) на пути нефти от резервуара до насоса местные сопротивления возникают в следующих элементах сети:

– на выходе нефти из резервуара;

– в однолинзовом компенсаторе;

– в шести задвижках;

– в тройнике на слияние;

– в четырёх тройниках с поворотом;

– в двух отводах на 90⁰;

– в двух фильтрах;

– на входе в вертикальный насос.

Согласно [1] величины местных сопротивлений являются функцией числа Рейнольдса и вычисляются через коэффициенты ξ:

– для выхода из резервуара ξ _рез=0, 92;

– для однолинзового компенсатора

ξ _комп1=0, 153+5964/ Re =0.153+5964/30515=0, 348;

– для полностью открытой задвижки ξ _задв=0, 15;

– для тройника:

– с поворотом ξ _{тр пов}=1, 3;

– на проход ξ _{тр пр}=1, 1;

– на слияние ξ _{тр пр}=3;

– для отвода на 90⁰ ξ ₉₀=0, 35+3, 58· 10^-3 exp [3, 56· 10^-5(150000- Re)=

=0, 35+3, 58· 10^-3 exp [3, 56· 10^-5(150000-30515)=0, 602;

– для фильтра:

– светлых нефтепродуктов ξ _{тр пр}=1, 7;

– тёмных нефтепродуктов ξ _{тр пр}=2, 2;

– на входе в вертикальный насос двустороннего всасывания

при Re ≤ 32000;

ξ _вх=

5 при Re > 32000;

– для диффузоров

0, 148 Re/ (Re – 4660) при d ₂/ d ₁=1, 1;

ξ _диф= 0, 132 Re/ (Re – 16520) при d ₂/ d ₁=1, 2;

0, 147 Re/ (Re – 16700) при d ₂/ d ₁=1, 4;

– для конфузоров ориентировочно можно принять

ξ _конф= 0, 5ξ _диф.

Для рассчитываемого варианта

;

ξ _диф=0, 147 Re/ (Re-16700)=0, 147· 30515/(30515 – 16700)=0, 325

и ξ _конф= 0, 5ξ _диф=0, 5· 0, 325=0, 163.

Таким образом, сумма величин местных сопротивлений

Σ ξ =0, 92+0, 348+6· 0, 15+3+4· 1, 3+2· 0, 602+2· 2, 2+0, 163+13, 3=29, 4,

а суммарные потери от местных сопротивлений

м.

Величина давления на входе в насос по условию парообразования согласно (2.19)

м, (2.27)

где в соответствии с (2.20)

Па,

а соответствующий ему напор м.

Допустимый кавитационный запас согласно (2.21) и (2.22)

Δ h _{доп н}= Δ h _{доп в}– k_h (Δ h_t –Δ h _ν )= 2, 2 – 1, 1· (1 – 0, 019)=1, 21 м,

где Δ h _{доп в} =2, 2 м – допустимый кавитационный запас по воде (см. табл. 5 Приложения);

=0, 471· 5, 45^{0, 45}=1 м;

м,

где ξ =1, т.к. согласно (2.15)

.

Так как величина входного давления, рассчитанного по формуле (2.26) превышает величину давления по парообразованию (2.27), всасывающая способность подпорного насоса обеспечивается.