Влияние вязкости перекачиваемой среды на характеристики магистральных нефтяных насосов | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Васильев И. Е., Китаев Д. Н., Коротких Е. П., Маслова Т. О. Влияние вязкости перекачиваемой среды на характеристики магистральных нефтяных насосов // Молодой ученый. — 2017. — №9. — С. 42-45. — URL https://moluch.ru/archive/143/40221/ (дата обращения: 21.09.2018).



В статье представлены результаты расчета характеристик нефтяных магистральных насосов серии НМ при изменении вязкости перекачиваемой среды. На основе метода пересчета характеристик насосов на вязкие жидкости по характеристикам насоса, испытанным на воде, получены значения основных параметров при работе в крайних интервалах вязкости. Определены значения вязкости перекачиваемой нефти, при которых необходим пересчет характеристик.

Ключевые слова: нефтяные насосы, вязкость, характеристики

Паспортные характеристики насосов получают на заводах — изготовителях при работе на чистой воде с температурой не выше 322 К и плотностью 988 кг/м3. Сырая нефть, нефтепродукты имеют плотность меньше 1000 кг/м3, но при этом их вязкость может быть значительно выше (в десятки раз), чем у воды. При перекачке центробежным насосом жидкости, имеющей вязкость, большую вязкости воды, характеристики насоса могут существенно изменяться [1].

Полезная мощность и потери мощности (за исключением механических потерь в сальниках и опорах) изменяются с изменением плотности перекачиваемой жидкости. С уменьшением плотности жидкости снижается полезная мощность и растет доля механических потерь вследствие чего снижается КПД насоса. С увеличением плотности, наоборот, увеличивается полезная мощность, КПД и доля потерь. Характеристика насоса Q-H (подача — напор) не изменяется в зависимости от плотности перекачиваемой жидкости. Давление, создаваемое насосом, изменяется прямо пропорционально изменению плотности жидкости.

Изменение вязкости оказывает значительно большее влияние на характеристику насоса, чем плотности [1]. Изменение вязкости в основном влияет на дисковые потери и гидравлические сопротивления потоку жидкости в каналах насоса. Их изменение оказывает значительно большее влияние на потребную для привода насоса мощность, чем изменение плотности жидкости и объемных потерь. Поэтому при перекачке вязких сырых нефтей и нефтепродуктов потери мощности резко возрастают, а КПД насоса снижается. При этом уменьшаются напор и подача жидкости. Напор при нулевой подаче остается примерно на том уровне, на котором он был при перекачке воды. Поэтому кривая Q-H с повышением вязкости становится круче.

Пересчет характеристик насосов с условий перекачки воды на перекачку другой, более вязкой жидкости основан на экспериментальных данных, т. к. теоретическое решение этого вопроса невозможно из-за сложности и недостаточной изученности явлений, происходящих в насосах. В настоящее время существует более 20 методов пересчета характеристик центробежных насосов [1]. Значительный вклад в методологию внесли Д. Я. Суханов, Р. И. Шишенко, М. Д. Айзенштейн и ряд других авторов.

При анализе работы центробежных насосов, перекачивающих вязкие жидкости, изменение характеристик при увеличении вязкости ориентировочно определяется при помощи поправочных коэффициентов подачи , напора и КПД для характеристик насоса Qв, Нв, ηв, полученных на воде.

Метод пересчета характеристик насосов на вязкие жидкости по характеристикам насоса, испытанного на воде, изложенный М. Д. Айзенштейном [2], основан на следующих предпосылках, подтвержденных опытными данными:

1) при постоянном числе оборотов характеристики насоса QH падают с увеличением вязкости таким образом, что коэффициент быстроходности остается неизменным в точке оптимального КПД, т. е. выполняется условие

. (1)

В формуле (1) индексы «1» и «2» относятся к жидкостям различной вязкости;

2) при постоянном числе оборотов и переменной вязкости характеристика QH падает с увеличением вязкости, но напор при нулевой производительности остается неизменным; таким образом, крутизна характеристик QH насоса увеличивается с увеличением вязкости;

3) при работе насоса с постоянным числом оборотов и перекачке вязкой жидкости увеличение потребляемой мощности остается тем же самым по абсолютной величине для широких пределов изменения производительности;

4) законы подобия сохраняют свое действие для случая перекачки жидкости любой вязкости; вместе с тем результаты пересчета будут занижены при переходе от меньших чисел оборотов к большим, так как число Re возрастет при больших оборотах и, следовательно, возрастут также коэффициенты . При пересчете характеристик с больших оборотов на меньшие результаты будут завышены в сравнении с опытными данными.

С увеличением вязкости всасывающая способность насоса ухудшается. Однако в настоящее время нет достаточных экспериментальных данных для вывода зависимости между допустимой высотой всасывания при работе насоса на воде и при перекачке им вязких жидкостей.

По методике Айзенштейна проведен пересчет характеристик насосов типа НМ, предназначенных для перекачивания нефтепродуктов по магистральным трубопроводам, с воды на нефть. Рассматривались две группы центробежных горизонтальныx насосов: НМ производительностью от 180 м3/ч до 710 м3/ч однокорпусные и двухкорпусные секционного типа с односторонним расположением рабочих колес; НМ производительностью 1250÷10000 м3/ч одноступенчатые спирального типа с рабочим колесом двустороннего входа [3].

Задавались минимальные и максимальные значения вязкости перекачиваемой нефти (согласно паспортам насосов) νmin=5 мм2/с, νmax=300 мм2/с, плотность принята 850кг/м3. По результатам расчетов построены характеристики всех насосов серии НМ: Напор Н, м, КПД η, %, мощность N, кВт. На рис. 1,2,3 представлены характеристики насоса НМ 2500–230 для максимальной и минимальной вязкости перекачиваемой нефти и воды.

Рис. 1. Зависимость напора насоса НМ 2500–230 от подачи при различных значениях вязкости перекачиваемой среды

Рис. 2. Зависимость кпд насоса НМ 2500–230 от подачи при различных значениях вязкости перекачиваемой среды

Рис. 3. Зависимость мощности насоса НМ 2500–230 от подачи при различных значениях вязкости перекачиваемой среды

В таблицах 1 и 2 представлены значения изменений параметров насоса при работе на нефти с минимально допустимой вязкостью (согласно техническому паспорту) в процентах по отношению к максимальной вязкости в пределах рабочей зоны , м3/ч [4].

Таблица 1

Изменения значений характеристик насосов НМ 180÷710 впроцентах

Тип насоса

νкр,

мм2

Напор

КПД

Мощность

∆Н1

∆H

∆Н2

∆η1

∆η

∆η2

∆N1

∆N

∆N2

НМ 180–500

73,00

16,7

28,9

47,1

108,4

111,4

116,2

-34,2

-28,4

-20,1

НМ 250–475

93,30

10,7

17,8

27,7

95,6

95,6

95,6

-33,5

-29,2

-23,3

НМ 360–460

90,10

7,0

11,5

17,4

96,5

96,5

96,5

-36,0

-33,3

-29,9

НМ 500–300

90,10

10,8

18,0

27,9

96,5

96,5

96,5

-33,8

-29,5

-23,5

НМ 710–280

97,4

11,4

19,1

29,8

94,3

94,3

94,3

-32,7

-28,0

-21,5

Таблица 2

Изменения значений характеристик насосов НМ 1250÷10000 впроцентах

Тип насоса

νкр, мм2

∆Н

∆η

∆N

НМ 1250–260

104,1

16,0

47,3

-1,6

НМ 2500–230

111

15,9

41,4

-2,4

НМ 3600–230

130

15,8

38,0

-4,5

НМ 7000–210

164

10,3

21,7

-5,0

НМ 10000–210

208,9

15,4

30,9

-9,2

По данным результатов расчета, рис. 1–3, табл. 1,2 можно сделать следующие выводы.

  1. С увеличением вязкости перекачиваемой нефти значения напора и кпд снижаются, а потребляемая мощность увеличивается. Для насосов НМ 1250÷10000 влияние вязкости на характеристики имеет значительно меньшее значение (средние значения изменений по напору 14,7 %, кпд 35,8 %, мощности 4,6 %), чем для насосов НМ 180÷710 (при номинальном значении подачи Q, средние значения изменений по напору 19,1 %, кпд 98,8 %, мощности 29,7 %).
  2. Насосы с меньшей производительностью НМ 180÷710, характеризуются большим влиянием изменения вязкости на характеристику (νкр=73÷97,4мм2/с), чем насосы НМ1250÷10000 (νкр=104,1÷208,9мм2/с).
  3. Для насосов НМ1250÷10000 изменение каждой характеристики происходит на одинаковую величину и не зависит от значения подачи. Для насосов НМ 180÷710 происходит увеличение изменения величин с ростом подачи (см. табл.1).

На основе метода пересчета характеристик насосов на вязкие жидкости, получены значения основных параметров нефтяных магистральных насосов серии НМ при работе в крайних интервалах вязкости. Найдены значения вязкости перекачиваемой нефти, при которых необходим пересчет характеристик. Анализ результатов позволил установить численные значения изменений характеристик в зависимости от вязкости среды.

Литература:

  1. Караев, М. А. Работа центробежных насосов на вязких жидкостях: учеб. пособие /М. А. Караев, А. Г. Азизов, А. М. Рагимов, Г. Г. Рзаева. — Баку.: АГНА, 2005. — 175 с.
  2. Айзенштейн, М. Д. Центробежные насосы для нефтяной промышленности / М. Д. Айзенштейн. — М.: Гостоптехиздат, 1957. — 363 с.
  3. Китаев, Д. Н. Расчет нефтяного насоса и построение рабочей характеристики: учеб.-метод. пособие для студ. спец. 21.03.01/ Д. Н. Китаев; Воронежский ГАСУ. — Воронеж, 2015. — 66 с.
  4. Тугунов, П. И. Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов: учеб. пособие для вузов / П. И. Тугунов, В. Ф. Новоселов, А.А., Коршак, А. М. Шаммазов. — Уфа.: ООО «Дизайн-ПолиграфСервис», 2002. — 658 с.
Основные термины (генерируются автоматически): характеристика насоса, увеличение вязкости, Q-H, перекачиваемая среда, перекачиваемая нефть, насос, полезная мощность, различное значение вязкости, изменение вязкости, пересчет характеристик.


Ключевые слова

вязкость, характеристики, нефтяные насосы

Похожие статьи

Проблемы транспортировки высоковязкой и парафинистой...

Значение вязкости при характеристике нефти чрезвычайно велико. Наибольшее значение вязкость имеет при расчете нефтепроводов. На практике приходится иметь дело с подогреваемыми потоками жидкостей...

Особенности транспортировки высоковязкой нефти в условиях...

Перекачка нефтей при высоких температурах подчиняется законам Ньютона и являются ньютоновскими жидкостями, при перекачке которых коэффициент динамической вязкости не зависит от характеристик движения.

Методы модификации проточных частей нефтяных...

Влияние вязкости перекачиваемой среды на характеристики магистральных нефтяных насосов. Методы модификации зондов для атомно-силовой микроскопии углеродными нанотрубками. Методы и перспективы борьбы с сероводородом на нефтяных месторождениях.

Экспериментальные исследования температурных зависимостей...

Влияние вязкости перекачиваемой среды на характеристики магистральных нефтяных насосов. Способ переработки нефтяных шламов.

Анализ видов предвключенных устройств и способов компановок...

Влияние вязкости перекачиваемой среды на характеристики магистральных нефтяных насосов. Анализ энергоэффективности тепловых насосов в системах теплоснабжения по территориально-климатическому признаку.

К вопросу определения скорости фильтрации и времени...

Это приводит к увеличению эффективной вязкости, так как фактор сопротивления с увеличением скорости

При потери напора определяются не только вязкостью жидкости, но и параметром .

Время релаксации при различных определяется по формуле. (16).

Повышение энергоэффективности трубопроводной системы...

Ключевые слова: нефтепровод, высоковязкая нефть, совмещенная характеристика, температура подогрева нефти, изменение характеристик центробежных насосов.

На таких нефтепроводах применяются различные технологии перекачки — например, на...

Регулируемые гидродинамические муфты | Статья в журнале...

При перекачке жидкости (нефтепродуктов, пластовой воды) режим работы насоса может изменяться: вследствие переменного уровня поступления жидкости, изменения вязкости перекачиваемой жидкости в различные времена года и суток...

Сравнительный анализ многоступенчатого насоса типа ЦНС...

Полезная информация. Спецвыпуски. Как опубликовать статью.

Такой способ разгрузки часто применяется в насосах, перекачивающих загрязненные жидкости, так

Изменение габаритов незначительны, но наличие переводного патрубка приводит к увеличению высоты насоса.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Проблемы транспортировки высоковязкой и парафинистой...

Значение вязкости при характеристике нефти чрезвычайно велико. Наибольшее значение вязкость имеет при расчете нефтепроводов. На практике приходится иметь дело с подогреваемыми потоками жидкостей...

Особенности транспортировки высоковязкой нефти в условиях...

Перекачка нефтей при высоких температурах подчиняется законам Ньютона и являются ньютоновскими жидкостями, при перекачке которых коэффициент динамической вязкости не зависит от характеристик движения.

Методы модификации проточных частей нефтяных...

Влияние вязкости перекачиваемой среды на характеристики магистральных нефтяных насосов. Методы модификации зондов для атомно-силовой микроскопии углеродными нанотрубками. Методы и перспективы борьбы с сероводородом на нефтяных месторождениях.

Экспериментальные исследования температурных зависимостей...

Влияние вязкости перекачиваемой среды на характеристики магистральных нефтяных насосов. Способ переработки нефтяных шламов.

Анализ видов предвключенных устройств и способов компановок...

Влияние вязкости перекачиваемой среды на характеристики магистральных нефтяных насосов. Анализ энергоэффективности тепловых насосов в системах теплоснабжения по территориально-климатическому признаку.

К вопросу определения скорости фильтрации и времени...

Это приводит к увеличению эффективной вязкости, так как фактор сопротивления с увеличением скорости

При потери напора определяются не только вязкостью жидкости, но и параметром .

Время релаксации при различных определяется по формуле. (16).

Повышение энергоэффективности трубопроводной системы...

Ключевые слова: нефтепровод, высоковязкая нефть, совмещенная характеристика, температура подогрева нефти, изменение характеристик центробежных насосов.

На таких нефтепроводах применяются различные технологии перекачки — например, на...

Регулируемые гидродинамические муфты | Статья в журнале...

При перекачке жидкости (нефтепродуктов, пластовой воды) режим работы насоса может изменяться: вследствие переменного уровня поступления жидкости, изменения вязкости перекачиваемой жидкости в различные времена года и суток...

Сравнительный анализ многоступенчатого насоса типа ЦНС...

Полезная информация. Спецвыпуски. Как опубликовать статью.

Такой способ разгрузки часто применяется в насосах, перекачивающих загрязненные жидкости, так

Изменение габаритов незначительны, но наличие переводного патрубка приводит к увеличению высоты насоса.

Задать вопрос