Курсовая работа: Проектирование нефтехозяйства сельскохозяйственного предприятия
Гидравлический расчет обычно производится для участка трубопровода, эксплуатирующегося в наиболее неблагоприятных условиях, т. е. самого протяженного, имеющего наибольшее количество местных сопротивлений и наибольшую отрицательную разность геодезических отметок конечных точек участка.
При выполнении гидравлического расчета необходимо:
• обосновать производительность перекачки нефтепродуктов;
• определить для всех участков трубопроводных коммуникаций оптимальные внутренние диаметры и подобрать размеры труб согласно существующим стандартам;
• выбрать и расставить на трубопроводных коммуникациях необходимую запорную арматуру, фитинги и т. п.;
• рассчитать потери напора в трубопроводе;
• подобрать по каталожным данным насосы с характеристиками, обеспечивающими заданную производительность при операциях на нефтескладе;
• проверить насосы на бескавитационную работу;
• проверить всасывающие коммуникации на возможность разрыва струи жидкости вследствие образования паровых пробок.
Для перекачки нефтепродуктов на нефтескладе используются стационарные станции или передвижные насосные установки. Независимо от использования передвижного или стационарного варианта производительность средств перекачки должна обеспечивать требуемую скорость перекачки нефтепродуктов по трубопроводу.
Производится выбор насоса, обеспечивающего соответствующие показатели подачи и напора. Технические характеристики некоторых насосов, применяемых. для перекачки нефтепродуктов, приведены в таблицах.
Для привода насоса необходимо выбрать соответствующий двигатель. Передвижные средства перекачки укомплектованы двигателем внутреннего сгорания или электродвигателем.
При проектировании стационарных насосных станций целесообразно использовать насосные агрегаты, у которых насос агрегатирован с электродвигателем соответствующей мощности, имеющим необходимую частоту вращения.
При необходимости производят подбор электродвигателя к выбранному при проектировании насосу по потребляемой мощности на валу насоса и частоте вращения.
Для перекачивания светлых нефтепродуктов с температурой от минус 30 до плюс 50°С, вязкостью 0,55...60,00 мм2/с и плотностью не более 1000 кг/м3 применяются также электронасосы центробежные типа КМ.
Данные электронасосы предназначены для работы в местах, где по условиям работы возможно образование взрывоопасных смесей паров или газов с воздухом.
Пример условного обозначения электронасоса:
Электронасос КМ 100-80-170-5 У2 3631-120-05806720-99, где К - консольный; М - моноблочный; 100 - условный диаметр всасывающего патрубка, мм; 80 - условный диаметр напорного патрубка, мм; 170 - условный диаметр рабочего колеса, мм; 5 - условное обозначении вала; У - климатическое исполнение; 2 - категория размещения.
Для проектируемого нефтесклада выбираем электронасос типа КМ65-40-140
Таблица 6. Технические параметры электронасоса
Обозначение типоразмера электронасоса |
Подача М3/ч(л/с) |
Напор, м |
Частота вращения | Мощность, кВт | Напряжение, В | Масса, кг |
КМ65-40-140 | 20(5,6) | 18 | 2900 | 2,2 | 380 | 60 |
Вместе с насосом заводы-изготовители, как правило, поставляют электродвигатель, часто смонтированный на одной плите. Мощность электродвигателя назначается выше, чем мощность насоса с некоторым коэффициентом запаса.
,
Где H-номинальный напор, м; Q- номинальная производительность, м3/ч; -плотность жидкости, кг/м3; Kз- коэффициент запаса, учитывающий случайные перегрузки двигателя (для нашего случая принимаем Kз=1,2); -коэффициент полезного действия насоса по паспортным данным, =0,70…0,75,
,
Где Г- гидравлический коэффициент полезного действия, Г=0,80…0,95; М- механический коэффициент полезного действия, М=0,95…0,98; О- объемный коэффициент полезного действия, О=0,90…0,98.
Дизельное топливо Вт=3,9 кВт
Бензин Вт=3,4 кВт
Диаметр трубопровода определяется по формуле, полученной из условия непрерывности потока жидкости:
Где Q- производительность перекачки, м3/ч, W-скорость течения жидкости в трубопроводе, м/с(для ориентировочных расчетов W=2 м/с).
м
Исходя из полученного расчетного значения принимаем стандартный диаметр трубопровода.
Таблица 7- характеристика трубопровода.
Наружний диаметр, мм |
Номинальная толщина стенки, мм |
Характеристика материала труб |
Коэффициент надежности по материалу, К1 |
||
Марка стали |
, МПа |
, МПа |
|||
60 | 4;5;6 | 20 | 431 | 255 | 1.55 |
Скорость течения жидкости при необходимости уточняем:
м/с
При проектировании трубопровода следует определить рабочее и испытательное давление, на основании чего выбрать толщину стенки трубы, которая определяется по формуле:
м=3 мм
Где Р- рабочее давление в трубопроводе, Па; dв- внутренний диаметр трубопровода, м, тек- нормативное значение коэффициента текучести металла, Па; к- коэффициент неоднородности, учитывающий отклонение качества металла и их основных размеров от установленных нормативных показателей, к=0,85…0,9, n- коэффициент перегрузки, учитывающий возможность повышения рабочего давления при эксплуатации трубопровода, n=1,1..1,2; m- Коэффициент условий работы, m=0.75…0,80.
Рабочее давление в трубопроводе равно максимальному давлению, создаваемому насосом. Если в паспортных данных насоса приведена величина напора в метрах, создаваемое им давление находится из выражения
,
МПа
Где - плотность нефтепродукта, кг/м3.
Определяем потери насоса во всасывающем трубопроводе по выражению
м
Где Нвс- потери напора во всасывающем трубопроводе, м; НТР- потери напора в трубах на трение, м; НМС- потери напора в местных сопротивлениях, м.
Потери напора на трение (гидравлические потери) определяются по формуле Дарси-Вейсбаха:
,
Где - коэффициент гидравлического сопротивления; LПР- геометрическая длина трубопровода; d-внутренний диаметр трубопровода, м; W- скорость течения жидкости в трубопроводе, м/с.
м
Местные потери напора вычисляют по формуле Вейсбаха, полученной на основании размерностей.
,
Где - коэффициент местного сопротивления, определяется в зависимости от узла сопротивления. Зависит от режима течения жидкости в трубопроводе и шероховатости внутренней стенки трубы.
Внезапное расширение
Внезапное сужение
м
Резкий поворот трубы
м
Обратный клапан
м
Плавный поворот трубы
м
Задвижка
м
Дроссельный затвор
м
м.
Режим течения жидкости в трубопроводе характеризуется критерием Рейнольдса Re рассчитаем для дизельного топлива:
,
Где - кинематическая вязкость перекачиваемого нефтепродукта, (для ориентировочных расчетов дт=0,003…0,005 м2/с).
м/с
При Re < 2000 имеет место ламинарный режим течения жидкости, и коэффициент гидравлического сопротивления находится из выражения
,
При 2000 < Re< 2800 имеет место переходный режим и коэффициент гидравлического сопротивления
,
При значениях Re > 2800 – турбулентный режим и значение коэффициента гидравлического сопротивления определяется по табличным данным.
Затем производится проверка бескавитационной работы всасывания по выражению
,
Где - допустимая вакуумметрическая высота всасывания, м; Нвс - потери напора во всасывающем трубопроводе, м;
Допустимая вакуумметрическая высота всасывания находится по паспортным данным насоса или рассчитывается по формуле:
,
Где На-минимальное атмосферное давление в районе нефтесклада, м; Ну - давление насыщенных паров перекачиваемого нефтепродукта при максимальной температуре окружающего воздуха, м; - коэффициент кавитационного запаса(=1,2..1,4); -потери напора при входе нефтепродукта на лопатки рабочего колеса, м;
м
Величины определяются из выражений:
,
м
и
,
м
где Ра, и Ру - атмосферное давление и давление насыщенных паров, соответственно (атмосферное давление Ра=101325 Па, давление насыщенных паров для дизельного топлива Ру=110000 Па, давление насыщенных паров для бензина Ру=67000 Па); - плотность нефтепродукта, кг/м3.
Величина потерь напора при входе на лопатки рабочего колеса определяется по формуле Руднева
,
м
Где n-частота вращения вала насоса, мин-1; Скр - кавитационный критерий подобия насоса.
Значения Скр определяются по паспортным данным или находятся в зависимости от коэффициента быстроходности насоса, который определяется по формуле:
;
об/мин
По результатам расчета делается вывод о невозможности бескавитационной работы насоса.
Гидравлический расчет трубопроводов заправочного пункта и автозаправочной станции производится в соответствии с изложенным выше. Если топливозаправочный пункт функционирует в составе нефтесклада, подача топлива в расходные резервуары производится стационарными или передвижными средствами перекачки склада. В этом случае проводится гидравлический расчет соответствующих трубопроводов.
Прокладку трубопроводов на территории нефтесклада можно осуществлять путем заглубления их в грунт или на поверхности земли. Наземная прокладка трубопроводов применяется в случаях невозможности их заглубления. При заглубленной прокладке минимальная глубина заложения трубопровода от верхней образующей составляет 0,8 м, а при наземной прокладке трубопровод устанавливается на опорах из несгораемого материала высотой 0,35...0,50 м.
Укладка заглубленного трубопровода в траншею производится на песчаное основание толщиной 0,2 м. Для запорной арматуры оборудуются колодцы размером 0,5x0,5. На подземные трубопроводы наносится противокоррозионная изоляция, а для наземных трубопроводов осуществляется изоляция между трубопроводом и опорами. Все трубопроводы, как подземные, так и наземные, защищаются от статического электричества путем устройства заземления через каждые 200 м их длины.
При проектировании трубопроводов следует соблюдать минимальное расстояние до зданий, сооружений и инженерных сетей, значения которых приведены в таблице 16.
При пересечении инженерных сетей расстояние по вертикали должно быть не менее: для электрокабелей, железнодорожных путей и автомобильных дорог -1м; для кабелей связи -0,5 м; для водопровода, канализации и теплосети - 0,2 м.
Вывод: насос и электродвигатель подобраны, верно.
7 ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ПЛАН НЕФТЕСКЛАДА И ТОПЛИВОЗАПРАВОЧНОГО ПУНКТА
Основные требования к устройству нефтескладов
Согласно инструкции по разработке проектов и смет, рекомендуется типовые проекты нефтескладов разрабатывать в одну стадию (технорабочий проект).
Основным документом, на основании которого проектная организация разрабатывает типовые проекты нефтескладов, является задание на проектирование. В нем должны быть указаны наименования нефтескладов, основание для их проектирования, вид строительства, режим работы нефтесклада, требования по площади земельных участков для строительства нефтескладов, требования по защите окружающей среды, необходимость автоматизации технологических процессов стадийность проектирования, наименование генеральной проектной организации.