Фундаменты под насосные агрегаты
Для обеспечения безаварийности в работе насосов фундаменты под них рассчитывают особенно тщательно. Минимальная глубина заложения фундамента зависит от допускаемого удельного давления на грунт, от объемного веса грунта и от угла естественного откоса грунта:
Глубину заложения фундамента определяют в каждом конкретном случае в зависимости от грунта.
Фундаменты выполняют в виде массивов с устройством колодцев для анкерных болтов. Основанием под фундамент должны являться грунт плотно утрамбованный щебнем с допускаемым давлением не менее 1,5 кГ/см2.
Для фундаментов применяют бетон марки 90, а заливку фундаментных болтов производят бетоном марки 150 или 140 на мелком щебне. Фундаменты под агрегаты не должны опираться и жестко связываться с частями зданий и сооружений во избежание передачи вибраций основным элементам здания или сооружения.
По периметру (между полом и фундаментом) укладывается изоляционная прокладка из просмоленного войлока толщиною 10 мм, вместо войлока можно прокладывать двойной слой толя.
Наружную выступающую поверхность фундамента (цоколь) тщательно затирают цементным раствором, железнят и окрашивают или облицовывают метлахскими плитками и другими масло- и бензостойкими материалами.
Рис. 5. Схема устройства фундамента для центробежных насосов консольного типа.
Наибольшая высота фундамента для двигателей внутреннего сгорания принимается при горизонтальных двигателях - в пять раз больше диаметра цилиндра двигателяи при вертикальных двигателях - в семь раз больше диаметра цилиндра двигателя.
Ширину фундамента устраивают с расчетом предотвращения опрокидывания, и угол опрокидывания должен составлять не менее 30º. При установке и монтаже насосов большое значение имеет правильное устройство подвода всасывающих линий, так как неправильный подвод этих линий зачастую является источником неполадок в работе насоса.
Основные требования по подбору насосов
Насосы для нефтебаз выбирают в зависимости от вязкости перекачиваемой жидкости, необходимого давления, производительности и вида имеющейся энергии (пар, электроэнергия).
Количество устанавливаемых насосов зависит от необходимости одновременной перекачки нескольких сортов нефтепродуктов, общей потребной производительности по отдельным сортам нефтепродуктов и от периодичности работы насосов, при которой не требуется установка резервных насосов.
При выборе насосов учитывается ряд основных требований, которым они должны удовлетворять: надежность в работе и простота управления в эксплуатации; невысокая стоимость и экономичность в эксплуатации; удобство привода при имеющихся двигателях; минимальные габаритные размеры и вес; возможность изменения характеристики в широких пределах, позволяющая изменять режимы перекачки; надежность всасывания или работы с минимальным подпором; конструкция сальников, обеспечивающая надежную плотность при перекачке светлых нефтепродуктов.
Для насосов важнейшими техническими показателями, характеризующими их работу, являются: производительность (подача) насоса; напор, развиваемый насосом; рабочая вакуумметрическая высота всасывания (или подпор); необходимая для бескавитацион-ной работы насоса; число оборотов (или двойных ходов) насоса; мощность на валу насоса; к. п. д. насоса.
Типы насосов и двигателей, применяемых на нефтебазах
ПОРШНЕВЫЕ ПРИВОДНЫЕ НАСОСЫ
Поршневые приводные насосы бывают с горизонтальным и вертикальным расположением цилиндров; они делятся на одно-, двух-, трехцилиндровые и т. д. По устройству поршней бывают с дисковым и скальчатым поршнем (плунжером).
По способу действия (количеству рабочих камер) поршневые насосы бывают одинарного действия (односторонний поршень или плунжер), и двойного действия двусторонний поршень или плунжер, т. е. двухкамерный цилиндр.
По характеру привода различают: поршневые ручные и приводные насосы, у которых вращение вала двигателя с помощью кривошипно-шатунного механизма преобразуется в возвратно-поступательное движение насосных поршней. В большинстве случаев между валом двигателя и коленчатым валом приводного поршневого насоса монтируется понижающая обороты клиноременная, или зубчатая, или червячная передача или устанавливается редуктор.
Объемный к. п. д. учитывает суммарно все причины уменьшения подачи; он представляет собой отношение фактической подачи к теоретической. Объемный к. п. д. (а следовательно, и подача насоса) уменьшается с увеличением давления нагнетания ввиду увеличения утечки. Величина к. п. д. зависит от свойств жидкости и от числа оборотов насоса.
На рис. 6 показан пример построения характеристики трехплунжерного приводного насоса. Линия подачи производительности представляет собой прямую, почти параллельную линии давления, откладываемую по оси абсцисс.
Рис. 6. Пример построения характеристики приводного насоса.
На рис. 7 приводится габаритные и монтажные размеры приводного поршневого насоса П-75. Этот насос двухцилиндровый двойного действия предназначается для перекачки светлых и темных нефтепродуктов на нефтебазах. Взрывобезопасный электродвигатель, приводящий насос в действие, расположен на корпусе и соединяется со шкивом клиноременной передачи.
Рис. 7. Электроприводной поршневой насос П-75.
При работе поршневых насосов во всасывающих и нагнетательных трубопроводах наблюдается неустановившийся характер движения жидкости (явления пульсации). Эффективным способом устранения пульсации является установка воздушных колпаков на всасывающей и нагнетательной линиях. Воздушные колпаки представляют собой герметически закрытые сосуды (чаще всего цилиндрической формы), соединяемые с трубопроводом и соответствующей насосной камерой.
Воздушные колпаки на напорной линии часто конструктивно связаны непосредственно с самим насосом. Нижняя часть воздушного колпака заполняется перекачиваемой жидкостью, а в верхней части над жидкостью находится воздух. Действие воздушного колпака на нагнетательной линии заключается в том, что воздух, содержащийся в колпаке, при увеличенной подаче насоса сжимается и при уменьшенной подаче насоса расширяется. Таким образом, происходит изменение объема воздуха, при этом объем жидкости в колпаке изменяется в обратном отношении (максимальному объему воздуха соответствует минимальный объем жидкости, а минимальному объему воздуха — максимальный объем жидкости).
Воздушные колпаки следует устанавливать по возможности ближе к поршню насоса. При правильно выбранных размерах воздушных колпаков, их установке и поддержании в колпаках надлежащего объема воздуха пульсация в трубопроводах при работе поршневых насосов резко сокращается и становится почти незаметной.
Чрезмерно большие давления в колпаке при пуске насоса тем вероятнее, чем больше число оборотов (ходов) насоса и чем длиннее напорный трубопровод. На всасывающем колпаке устанавливают вакуумметр и воздушный краник, на напорном — манометр и воздушный краник. Если колпак рассчитан правильно, то в нем практически поддерживается постоянное давление.
Для регулирования подачи приводных поршневых насосов, если регулировка изменением числа ходов невозможна, в обвязке насосов устраивают обводную линию. Производительность прямодействующих паровых поршневых насосов регулируют уменьшением числа ходов путем снижения подачи пара.
Для правильной работы поршневых насосов требуется, чтобы при всасывании минимальное давлениена поршень было бы значительно больше давления упругих паров перекачиваемой жидкости.
При падении давленияв жидкости начинается выделение паров, и между жидкостью и торцевой частью поршня образуются паровые подушки. Это явление может привести к гидравлическим ударам и к срыву всасывания (явления кавитации). Поэтому при перекачке низкокипящих жидкостей (бензин) поршневыми насосами последние рекомендуют устанавливать с подпором на всасывании.
Для увеличения общей производительности насосной станции, оборудованной поршневыми насосами, к нагнетательному трубопроводу можно присоединять несколько поршневых насосов, каждый из которых будет работать при напоре, соответствующем давлению в нагнетательном трубопроводе в месте присоединения насоса. Общая суммарная подача насосов будет равна сумме подач насосов, входящих в установку. Включаться параллельно в общий напорный трубопровод могут как одинаковые, так и разнотипные насосы при условии, если давление в нагнетательном трубопроводе не будет превышать наибольшего давления, указанного в каталоге для каждого из включаемых насосов.
ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ
В центробежных насосах подача жидкости происходит за счет воздействия лопаток рабочего колеса при его вращении на жидкость. По принципу работы и по конструкции центробежные насосы делятся на одноступенчатые (одноколесные) и многоступенчатые (многоколесные).
Центробежные насосы бывают с односторонним и двусторонним подводам жидкости; они могут быть несамовсасывающие и самовсасывающие, снабженные вакуум-насосом.
Маркировка насосов для холодных нефтепродуктов расшифровывается следующим образом:
Насосы типа НК серийно выпускаются следующих марок: 4НК-5*1; 5НК-5*1; 5НК-9*1; 6НК-6*12 и 6НК-9*1. Буквы и цифры, составляющие марку насосов, означают: первая цифра — диаметр выходного патрубка в мм (сокращенный в 25 раз и округленный); буква Н — нефтяной; буква К — консольный; вторая цифра — коэффициент быстроходности (сокращенный в 10 раз и округленный), последняя цифра — число ступеней (рабочих колес). Насосы типа НК — центробежные, горизонтальные, спиральные консольные, одноступенчатые с рабочим колесом одностороннего входа, предназначаются для перекачки нефтепродуктов с температурой до 200° С.
Рис. 8. Насос типа НК.
1 – муфта зубчатого типа; 2 – шарикоподшипник; 3 – опорная стойка; 4 – вал насоса; 5 – радиальный шарикоподшипник; 6 – нажимная втулка; 7 – эластичная сальниковая набивка; 8 – защитная сложная гильза; 9 – рабочее колесо; 10 – корпус насоса; 11 – крышка с выходным патрубком; 12 – гайка рабочего колеса; 13 – отводная трубка.
Рис. 9. Универсальная характеристика центробежного насоса 6НК-6 X 1.
На рис. 10 приводится разрез двухступенчатого насоса типа 8НД-9*2, предназначенного для перекачки нефтепродуктов с температурой до 200° С. Этот насос имеет рабочее колесо с двусторонним входом жидкости.
Рис. 10. Насос типа 8НД-9*2
1 и 2 – корпус насоса; 3 – рабочее колесо насоса; 4 – вал насоса; 5 – переводная труба; 6 – подшипники скольжения для вала; 7 – корпус подшипников; 8 – радиально-упорные шарикоподшипники; 9 – уплотняющие кольца; 10 – сменные защитные гильзы; 11 – нажимные втулки; 12 – соединительная муфта.
На рис. 11 приведена универсальная характеристика насоса 8НД-9*2.
В многоступенчатых насосах жидкость из колеса первой ступени поступает в колесо второй ступени и далее в колеса последующих ступеней, а из последнего колеса она выбрасывается в напорный патрубок корпуса и далее в напорный трубопровод. Общий напор, развиваемый многоступенчатым насосом, складывается из суммы напоров, развиваемых отдельными колесами (ступенями). Таким образом, напор, развиваемый многоступенчатым насосом с одинаковыми колесами, приблизительно равен напору одного колеса, помноженному на число работающих колес.
При постоянном числе оборотов рабочего колеса каждой производительности центробежного насоса соответствует определенный напор, и зависимость напора от производительности выражается плавной кривой. Этим центробежные насосы существенно отличаются от поршневых насосов, в которых производительность не зависит от напора (с точностью до объемного к. п. д.), а зависит от числа двойных ходов в минуту.
Оптимальный режим работы насоса соответствует области максимального к. п. д.
С увеличением вязкости перекачиваемой жидкости значительно изменяется характеристика центробежного насоса (уменьшаются производительность и к. п. д. по сравнению с условиями работы на воде или другой маловязкой жидкости, а потребляемая насосом мощность увеличивается).
РОТОРНЫЕ НАСОСЫ
К числу роторных относятся винтовые и шестеренчатые насосы. Эти насосы, так же как и поршневые, являются объемными, но отличаются от последних отсутствием всасывающих и напорных клапанов и значительно большей равномерностью подачи. Роторные насосы не имеют воздушных колпаков. В отличие от центробежных насосов они не могут работать при закрытой напорной задвижке и имеют предохранительные клапаны. Обычно роторные насосы применяются для перекачки масел и других высоковязких нефтепродуктов при температуре не выше 80° С. Винтовые насосы изготовляют для производительности от 2 до 500 м3/ч и давлением до 200 кГ/см2 при к. п. д. до 60—80%. Наиболее распространенным видом роторных насосов сейчас являются шестеренчатые насосы, изготовляемые для производительности от 0,3 до 200 м3/ч и развивающие давление до 20 кГ/см2 при к. п. д. ,55—65% (рис. 12).
Рис. 12. Шестеренчатый насос Р3-30.
ПОГРУЖЕННЫЕ НАСОСЫ
Для облегчения выкачки нефтепродуктов из заглубленных резервуаров, нефтеналивных судов, а также когда высота всасывания обычных насосов оказывается недостаточной или когда происходит усиленное парообразование вследствие высокого вакуума, применяют погруженные насосы. Эти насосы погружаются непосредственно в резервуары или в отсек наливных судов и забирают жидкость из наинизших точек емкости при незначительном вакууме.
На рис. 13 показана установка вертикального центробежного погруженного насоса 12НА-22-6. Насосная часть 1 является шестиступенчатым секционным насосом, погруженным в резервуар. Рабочие колеса насоса устанавливаются на вертикальном валу с помощью разрезных втулок на резьбе с гайками. Всасывающий приемный патрубок и рабочее колесо первой ступени располагаются ниже уровня жидкости в резервуаре. Жидкость из одной ступени насоса в другую подается через направляющие аппараты. Для предотвращения искрообразования рабочие колеса изготовляются из бронзы. Напорная колонка 2 в зависимости от высоты резервуара имеет от 1 до 8 звеньев, соединяемых на фланцах. Опорная стойка 3 имеет отводящий напорный патрубок, к которому присоединяется напорный трубопровод. На верхнем фланце устанавливается электродвигатель 4, вал которого через радиально-упорный подшипник и фланец соединяется с валом насоса, пропущенным через напорную колонку.
Рис. 13. Установка вертикального центробежного погруженного насоса 12НА-22*6.
а – вариант установки насоса на крыше заглубленного резервуара; б – вариант установки насоса в заглубленные шахты.
Погруженные насосы типа ПНР-50/50, ПНР-150/50 и ПНР-600/50 являются единым агрегатам, состоящим из центробежного насоса и электродвигателя, смонтированных в одном корпусе. Эти насосы вместе с электродвигателем непосредственно погружаются в жидкость.
ДВИГАТЕЛИ
Для привода насосов на нефтебазах применяются паровые машины, двигатели внутреннего сгорания (нефтянки, дизельные двигатели и др.) и электродвигатели. Для привода крупных центробежных насосов применяются также паровые турбины с противодавлением пара типа ОР-300, мощностью 300 л.с. 3000 об/мин; давление пара на входе 9 кГ/см², температура 240° С, противодавление 3 кГ/см².
Такие турбины для привода насосов могут найти применение на насосных станциях магистральных трубопроводов, а также на крупных перевалочных нефтебазах.
При выборе электродвигателя исходят из условий, в которых он должен работать. Для привода насосов на нефтебазах могут применяться электродвигатели невзрывобезопасного исполнения и взрывобезопасные (взрывозащищенного исполнения).
Электродвигатель выбирают в зависимости от окружающей среды в соответствии с существующими правилами устройства электротехнических установок и с соблюдением требований пожарной безопасности. В табл. 48 приводится перечень электродвигателей МА35 .и КО с короткозамкнутым ротором во взрывозащищенном исполнении В2Б с наружным обдувом (синхронные) п = 3000 об/мин.
Типы электродвигателей
Во взрыв о защищенном
Исполнении В2Б
| Мощность, кет | ||
| Тип Электродвигателя | при 55° С окружающей среды | при 35° С окружающей среды |
| КОН-2 | ||
| КО12-2 | ||
| К021-2 | ||
| К 022-2 | ||
| МА35-41/2 | ||
| МА35-42-2 | ||
| К 032-2 | ||
| К041-2 | ||
| К 042-2 | ||
| МА 35-52/2 | ||
| МА35-6212 | НО | |
| МА35-71/2 |