Эксплуатация оборудования нефтеперекачивающей станции и расчет её основных характеристик

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Институт ИПР

Направление подготовки (специальность): Нефтегазовое дело

Кафедра ТХНГ


ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

по дисциплине: Эксплуатация насосных и компрессорных станций

на тему

Эксплуатация оборудования нефтеперекачивающей станции и расчет её основных характеристик


Томск 2015 г.


Задание на выполнение курсового проекта


1. Тема курсового проекта: Эксплуатация оборудования нефтеперекачивающей станции и расчет её основных характеристик

2. Срок сдачи студентом готовой работы

3. Исходные данные к работе:

-годовая производительность, Q, м3/год, Q = 10 млрд. м3 в год;

-абсолютное рабочее давление в газопроводе, Р, МПа, Р = 5,8 МПа;

-абсолютное давление нагнетания КС Нюксеницкая, Р1, МПа, Р1 = 5,8 МПа;

-температура газа на выходе КС Нюксеницкая, Т1, К, Т1 = 302 К;

-протяженность участка между КС, L, км, L = 155 км;

-среднегодовая температура окружающего воздуха в районе КС Нюксеницкая, t возд1, °С, t возд =1,7°С;

-среднегодовая температура окружающего воздуха КС Юбилейная, t воз2, °С, t возд2 = 1,7°С;

-среднегодовая температура грунта на участке, tгр, °С, tгр = 6,0°С;

-высота расположения над уровнем моря КС Нюксеницкая, h1, м,

h1 = 140 м;

-высота расположения над уровнем моря КС, h2 Юбилейная, м, h2 = 130 м;

-состав транспортируемого газа (по объёму), %: СН4 = 87; С2Н6 =6,2; С3Н8 = 3,4; С4Н10 = 1,98; С5Н12 =0,76; N2 = 1,1; СО2 = 0,12.

Цель курсового проекта - углубление и закрепление знаний, полученных в процессе изучения дисциплины: «Эксплуатация насосных и компрессорных станций».


Содержание


Введение

Задание. Исходные данные

. Теоретическая часть

.1 Магистральный трубопровод

.2 Компрессорные станции

.3 Пылеуловители

.4 Охлаждение газа на компрессорных станциях

. Гидравлический расчет нефтепровода

2.1 Расстановка насосных станций

.2 Определение объема резервуарных парков в системе магистральных нефтепроводов

3. Расчет газопровода

.1 Определение теплофизических свойств транспортируемого газа

3.2 Выбор труб и расчет толщины стенки

.3 Расчет линейного участка КС Нюксеницкая - КС Юбилейная

.4 Расчет пылеуловителей КС Юбилейная

.5 Расчет КС Юбилейная

.6 Расчет АВО газа КС Юбилейная

Заключение

Список рекомендуемой литературы


Введение


Газовая промышленность является одной из важнейших составных частей топливно-энергетического комплекса России. Поставка газа потребителю - задача существующей Единой системы газоснабжения (ЕСГ) страны.

ООО «Газпром Трансгаз Ухта» предусматривает в некоторых регионах параллельную прокладку нескольких ниток магистральных газопроводов и, как следствие этого, сооружение много цеховых газокомпрессорных станций.

Система магистрального многониточного газопровода Пунга-Ухта-Торжок, проходящая по территории Республики Коми, не только позволяет полностью обеспечивать республику газом, но и дает дополнительный приток природного газа в центральную часть России [1].


1. Теоретическая часть


.1 Магистральный трубопровод


Магистральными называют трубопроводы, по которым нефть, нефтепродукты, природные или искусственные газы (в газообразном или сжиженном состоянии), вода перекачиваются от мест добычи, переработки, забора (начальная точка трубопровода) к местам потребления (конечная точка). Начальная и конечная точки трубопровода обычно находятся в местах, где сосредоточены основные источники получения транспортируемого продукта (начальная) и потребители его (конечная точка).

Магистральный газопровод в общем случае включает следующие группы сооружений: головные, линейные (собственно газопровод), компрессорные станции (КС), газораспределительные станции (ГРС) в конце трубопровода, подземные хранилища газа (ПХГ), объекты связи (высокочастотной и селекторной), системы электрозащиты сооружений трубопровода от коррозии, вспомогательные сооружения, обеспечивающие бесперебойную работу газопровода (линии электропередач, водозаборные устройства и водопроводы, канализация и т.п.), объекты ремонтно-эксплуатационной службы (РЭП), административные и жилищно-бытовые сооружения.

Головными называют сооружения, на которых подготавливают газ к дальнему транспорту. Комплекс головных сооружений (ГС) зависит от состава и давления газа, добываемого на промысле и поступающего на газосборный пункт. Как правило, в комплекс ГС входят установки по очистке газа от механических примесей, влаги, установки отделения от газа серы и высокоценных компонентов (гелия и др.). К головным сооружениям относятся и КС в начальной точке газопровода, на территории которой обычно размещается комплект перечисленных сооружений.

Газ, попадающий на головные сооружения магистрального газопровода со сборных пунктов промысла, содержит механические примеси (песок, пыль, металлическую окалину и др.) и жидкости (пластовую воду, конденсат, масло). Перед подачей в газопровод его очищают и осушают, так как без предварительной подготовки он будет засорять трубопровод, вызывать преждевременный износ запорной и регулирующей арматуры, нарушать работу контрольно-измерительных приборов. Твердые частицы, попадая в компрессорные установки, ускоряют износ поршневых колец, клапанов и цилиндров. В центробежных нагнетателях они ускоряют износ рабочих колес и самого корпуса нагнетателя. Жидкие примеси, скапливаясь в пониженных местах газопровода, будут сужать его сечение, способствовать образованию гидратных и гидравлических пробок [2].

Для очистки газа от механических примесей используют горизонтальные и вертикальные сепараторы, цилиндрические масляные и циклонные пылеуловители. В сепараторах отделяется примесь от газа. По принципу действия сепараторы делятся на объемные (гравитационные) и циклонные. В гравитационных аппаратах примеси оседают вследствие резкого изменения направления потока газа при одновременном уменьшении скорости его движения. В циклонных установках используются центробежные силы инерции, возникающие в камере при входе газа по тангенциальному вводу.

Масляные цилиндрические пылеуловители представляют собой вертикальные цилиндрические сосуды со сферическими днищами. На головных сооружениях магистральных газопроводов их устанавливают группами в зависимости от необходимой пропускной способности. Размеры пылеуловителей: по диаметру от 1000 до 2400 мм, по высоте от 5,8 до 8,8 м. В пылеуловителе имеются устройства, обеспечивающие контактирование газа с маслом и отделение твердых и жидких частиц от газа. Оседающий в пылеуловителе шлам периодически удаляют, загрязненное масло заменяют.

Осушку газа на головных сооружениях осуществляют двумя способами: абсорбционным (с жидким поглотителем) и адсорбционным (с твердыми поглотителями). Газ после пылеуловителей попадает в абсорберы, где очищается от взвешенных капель жидкости и водяных паров путем активного контакта с абсорбентом, чаще всего диэтиленгликолем. В последнее время, определенное значение приобретает осушка газа твердыми поглотителями. В качестве адсорбентов применяют активированную окись алюминия, флюорит, боксит, силикагель или другие реагенты. Установка такой осушки состоит из группы адсорберов (не менее двух), подогревателя газа и теплообменников. Влажный газ после очистки от пыли поступает в адсорбер, где проходит через один или несколько слоев адсорбента. Периодически часть адсорберов отключают от системы для регенерации адсорбента

Для отделения от газа конденсата и воды с успехом используют низкотемпературную сепарацию, особенно при отборе газа из месторождений с высоким пластовым давлением. Газ из скважин без дросселирования подводят к установке и направляют во влагосборник для предварительной очистки. Затем в теплообменнике происходит его охлаждение холодным газом из сепаратора и выделение части жидкости в гидроуловитель. Далее, пройдя через штуцер, газ дросселируется, температура его снижается, и в следующем сепараторе оставшаяся жидкость выделяется. В процессе отбора влаги в газ вводят метанол или диэтиленгликоль во избежание образования кристаллогидратов. Наиболее перспективной в настоящее время считается низкотемпературная сепарация с впрыском ингибитора гидратообразования непосредственно в поток газа. Недостатком такой схемы является использование в ней громоздких и металлоемких теплообменников типа «труба в трубе». Более эффективны кожухотрубные теплообменники с впрыском диэтиленгликоля.

Для улавливания жидкости и твердых примесей, оставшихся в газе после очистных устройств, на головном участке магистрального газопровода врезают конденсатосборники и предусматривают дренажные устройства. Практика показала, что наиболее эффективно это делать на восходящих участках газопровода. Чтобы обнаруживать и предотвращать возможные утечки газа, перед подачей в магистральный газопровод ему придают специфический запах с помощью одорантов - веществ, обладающих резким запахом (этилмеркаптан, сульфан, метилмеркаптан, пропилмеркаптан и др.). Примерная среднегодовая норма расхода одоранта - 16 г на 1000 м3 газа.

Одорированный газ достаточно длительное время сохраняет приобретенное качество и доходит к потребителям почти с начальной степенью одоризации. Применяют одоризационные установки барботажные, с капельным одоризатором и др. В последнее время широко используются автоматические одоризационные установки. Учитывая, что одоранты - легкоиспаряющиеся горючие жидкости, при обращении с ними требуется строгое соблюдение мер безопасности.

Головная КС отличается от линейной тем, что на ее территории размещены все установки по подготовке газа к дальней перекачке. Линейная часть газопровода представляет собой непрерывную трубу между отдельными КС, пересекающую на всем протяжении от начальной до конечной точек множество естественных и искусственных препятствий. [1]


1.2 Компрессорные станции


Компрессорные станции (КС) предназначены для повышения давления и перекачки газа по магистральному газопроводу (МГ). Они служат управляющим элементом в комплексе сооружений, входящих в МГ. Практически именно параметрами работы КС определяется режим работы газопровода. Наличие КС позволяет регулировать режим работы газопровода при колебаниях потребления газа, максимально использовать аккумулирующую способность газопровода.

В газовой промышленности в качестве газоперекачивающих агрегатов (ГПА) на МГ применяют центробежные нагнетатели с приводом от газовой турбины или электродвигателя [1].


1.3 Пылеуловители


Газ от пыли на КС очищают с помощью пылеуловителей, которые выпускаются трёх типов: центробежные циклонные, центробежные мультициклонные и жидкостные (вертикальные масляные).

Вертикальные масляные пылеуловители двух размеров 1600 мм и 2400 мм. Промывочная жидкость керосин, лигроин, соляровое масло. Температура застывания, менее чем на 10°С, ниже температуры газа.

Очистка газа происходит за счёт уменьшения скорости потока и контакта его с маслом. Пылеуловитель - цилиндрический сосуд высокого давления, внутренняя полость разделена на 3 секции: нижнюю промывочную А, в которой все время поддерживается установленный уровень масла; среднюю осадительную Б, где газ освобождается от взвешенных частиц масла; верхнюю отбойную В, в которой происходит окончательная очистка газа от уносимых частиц масла. Нижняя секция снабжена контактными трубками, которые имеют внизу продольные прорези-щели для создания завихрения потока. В верхней отбойной секции имеется скрубберная насадка состоящая из швеллерных или жалюзийных секций с волнообразными профилями.

Процесс очистки газа в пылеуловителе происходит следующим образом: поступающий в пылеуловитель через патрубок газ ударяется о козырек и соприкасается с поверхностью масла, после чего с большой скоростью устремляется по контактным трубам, захватывая с собой частицы масла. В осадительной камере Б скорость потока газа резко снижается, в результате чего происходит осаждение механических частиц и частиц жидкости. Осаждённые частицы по дренажным трубкам стекают в секцию аппарата А. После осадительной камеры Б газ, освобождённый от более крупных частиц, поступает в отбойную секцию, где происходит окончательная его очистка. Осевший на отбойной секции шлам стекает по дренажным трубкам в нижнюю камеру. Очищенный газ через выхлопной патрубок поступает на редукцирование. Загрязнённое масло удаляется продувкой через трубу в отстойник масла. Полная очистка происходит через люк. Чистое масло подаётся через трубу. Для нормальной работы пылеуловителя уровень масла должен поддерживаться на 25-50 мм ниже концов контактных трубок. Установка масляных пылеуловителей включает в себя масляные пылеуловители, отстойники масла, аккумулятор масла, короб для сбора грязного масла, ёмкость для чистого масла и насос.

Объём масла для заполнения одного пылеуловителя составляет 2,65 м3 при диаметре 1600 мм. Расход масла допускается 25 г на 1000 м3 газа.

В настоящее время наибольшее распространение получили циклонные сепараторы. С уменьшением диаметра циклона значительно увеличивается центробежная сила и скорость осаждения частиц. На остывание этого принципа созданы конструкции батарейных циклонов (мультициклоны). Мультициклоны состоят из параллельно включённых элементов малого диаметра (150-250 мм). Газ с примесями жидких и твёрдых частиц подаётся через входной патрубок в среднюю часть мультициклона, далее через вихревые устройства циклонов поступает в нижнюю часть мультициклона, где происходит оседание всех примесей. Освобождённый от частиц пыли и жидкости газ идёт по внутренним трубкам циклонов, попадает в верхнюю часть и через выходной патрубок направляется в газопроводы. Осевшая внизу на дне аппарата загрязнённая жидкость удаляется через дренажную трубку в перевозимую ёмкость. Сброс конденсата автоматизирован.

В связи с невозможностью достичь высокой степени очистки газа в циклонных пылеуловителях появляется необходимость выполнять вторую ступень очистки, используют фильтр-сепаратор, установленный последовательно после циклонных пылеуловителей.

Работа фильтра-сепаратора осуществляется следующим образом: газ после входного патрубка с помощью специального отбойного козырька направляется на вход фильтрующей секции, где происходит коагуляция жидкости и очистка от механических примесей.

Через перфорированные отверстия в корпусе фильтрующих элементов газ поступает во вторую фильтрующую секцию - секцию сепарации. В секции сепарации происходит окончательная очистка газа от влаги, которая улавливается с помощью сетчатых пакетов. Через дренажные патрубки механические примеси удаляются в нижний дренажный сборник и далее в подземные ёмкости.

Для работы в зимнее время фильтр-сепаратор обогревается электрообогревом его нижней части, конденсатосборником и контрольно-измерительной аппаратурой. При достижении перепада давлений на фильтре-сепаратора равное 0,04 МПа, фильтр-сепаратор необходимо отключить и заменить элементы на новые.

Наличие влаги в газе вызывает коррозию оборудования, снижает пропускную способность газопровода. При взаимодействии с газом при определённых термодинамических условиях, образуются твёрдые кристаллические вещества - гидраты, которые нарушают нормальную работу газопровода. Метод борьбы с гидратами - осушка газа сепараторами различной конструкции с использованием твёрдых (адсорбция) и жидких (абсорбция) поглотителей. После очистки, содержание механических примесей в газе не должны превышать 5 мг/м3.

Очищенный природный газ не имеет ни цвета, ни запаха, поэтому для обнаружения его утечек и определения наличия его в воздухе, газ предварительно одорируют, т.е. добавляют в него специальные вещества - одоранты, обладающие сильным специфическим запахом. Используют этилмеркаптан и тетрогидротиофен. Газ, поступающий к бытовым потребителям, должен быть обязательно одорирован. Норма одоризации составляет 16 г на 1000 нм3. [2]


1.4 Охлаждение газа на компрессорных станциях


В процессе компремирования газа, в частности повышается t (температура). Излишне высокая температура, с одной стороны может привести к разрушению изоляционного покрытия трубопровода, а с другой - к снижению подачи технологического газа и увеличению энергозатрат на его компремирование (из-за увеличения его объемного расхода).

В северных районах, где газопроводы проходят в зоне вечномерзлых грунтах, газ охлаждают до отрицательных величин, с целью недопущения оттаивания грунтов, что может привести к смещению трубопровода и возникновению аварийных ситуаций. Охлаждение газа может осуществляться в холодильниках различных систем и конструкций: кожухотрубных (типа труба в трубе), воздушных компрессорных и абсорбирующих холодильных машинах, различного типа градильнях, воздушных холодильниках.

Наибольшее распространение на КС схемы с использованием аппаратов воздушного охлаждения АВО. Температура газа после охлаждения в АВО не может быть ниже температуры наружного воздуха. Конструктивно аппараты охлаждения подразделены на вертикальные (АВВ), горизонтальные (АВГ), зигзагообразные, шатровые (АВШ) и кольцевые (АВК).принцип действия АВО состоит в том, что поток воздуха, нагнетаемый вентилятором, направляется на поверхность теплообмена (батарею труб) и охлаждает проходящий по трубам газ.

На рамную конструкцию установлены охлаждающие секции. Холодный теплоноситель (наружный воздух) подается к охлаждающим секциям вентилятором, через диффузор.

В зависимости от условий эксплуатации АВО выпускают нескольких типов: без жалюзи; Ж - с жалюзи; Н - с приводом для работы во взрывобезопасной среде; В - с приводом для работы во взрывоопасной среде; 1 - с тихоходным электродвигателем.

Варианты исполнения привода дистанционного механизма поворота лопастей вентилятора: Р - ручной; П - пневматический; Э - электромеханический; У - с центральным ручным регулированием угла установки лопастей при остановленном вентиляторе. Поворотные лопасти позволяют регулировать расход воздуха для регулировки t газа при изменении t окружающего воздуха. АВО также могут быть поставлены с увлажнителем.

Аппараты воздушного охлаждения газа

Аппарат воздушного охлаждения газа (АВОг) - экологически чистое устройство, не загрязняет окружающую среду, уменьшает расход воды, не требует предварительной подготовки охлаждающего агента, снижает приведенные затраты на охлаждение.

АВОг состоят из следующих основных узлов (рис.1):

- секций оребренных теплообменных труб;

  • вентиляторов с электроприводом;
  • диффузоров или конфузоров;

- механизма регулирования расхода воздуха;

несущих конструкций.


Рис. 1. Аппарат воздушного охлаждения газа: 1 - опорные металлоконструкции; 2 - теплообменные секции; 3 - вентилятор; 4 - диффузор; 5 - электродвигатель


Работает АВО следующим образом. На опорных металлоконструкциях закреплены трубчатые змеевиковые теплообменные секции. По трубам под рабочим давлением проходит газ. Через межтрубное пространство принудительно с помощью двух вентиляторов с электроприводами прокачивается воздух. За счет теплообмена с перемещаемым потоком воздуха происходит охлаждение.

Рассмотрим схему обвязки АВО газа (рис. 2). Газ на установку охлаждения поступает по двум трубопроводам. Обвязка АВО газа - коллекторная. Каждый АВО имеет отключающую арматуру и свечу для стравливания газа из аппарата. Предусмотрена подача газа по байпасу (обводной линии) зимой или при ремонте аппаратов. Из установки газ выходит также по двум трубопроводам.

Количество АВОг на КС определяется гидравлическим и тепловым расчетом газопровода и составляет обычно от 8 до 15 штук. Если количество АВОг больше 12, то необходимо применять компенсаторы на 75 входных и выходных коллекторах. При установке на слабых грунтах и неравномерной просадке коллекторов компенсаторы делают и при количестве АВОг меньше 12.


Рисунок 2


2. Гидравлический расчет нефтепровода


Марка стали 13Г1С

Для гидравлического расчета и размещения насосных станций по сжатому профилю трассы предлагаются следующие общие данные:

  • перевальная точка отсутствует
  • расчетная кинематическая вязкость v = 0,55 см² /сек
  • средняя абсолютная шероховатость для нефтепроводных труб после нескольких лет эксплуатации е = 0,2 мм.

Данные конкретного варианта для гидравлического расчета нефтепровода и нефтепродуктопровода представлены в табл. 1.


Таблица 1

ПараметрыВарианты заданий01234567891011121314dТРнар - диаметр трубопровода наружный, мм53072010201220820630102092012202193774261067325273Q - произв., млн. т / год815457021105035750,856601,51,3L - длина трубопровода, км560560560560300400800200400500450480600350250?z = z2 - z1 разн. отметок начала и конца трубопровода, м152010251015202515203035404550? - средняя плотность, т/м30,7000,7500,7900,8100,8300,8500,8700,9000,8200,7700,7600,7800,8000,8800,890Р1 - давление насосной станции, кгс/см2585548465456485446906055487080Р2 - давление в конце участка, кгс/см22,01,51,51,52,02,02,02,01,51,52,01,52,01,52,0Исходные данные:


Qг, млн.т/год10Длина трассы L, км400Разность отметок начала и конца трубопровода AZ=Z2-Z1, м15Средняя расчетная кинематическая вязкость при температурах грунта на глубине заложения трубопровода ?p, см2/сек0,55Средняя плотность при данном диапазоне измерения температур ?, т/м30,850Давление, развиваемое насосной станцией Р1 кгс/см256Остаточное давление в конце перегона Р2, кгс/см22,0Средняя абсолютная шероховатость для нефтепроводных труб после нескольких лет эксплуатации е, мм0,2Потери в местных сопротивлениях hмс, мТолщина стенки трубы ?, мм (принимается из определения толщины стенки трубопровода)14Наружный диаметр трубопровода D, мм630Высота грунта над верхней образующей трубы h, м0,8

Секундный расход нефти:


, м3/с (1)


где Nг = 365 дней - расчетное число рабочих дней для магистрального нефтепровода диаметром свыше 600 мм и длиной свыше 400 км. [2, табл. 5.1]

Внутренний диаметр трубопровода:


d = D -2*?, м. (2)

d=630-2*14/1000=0.602 м


Средняя скорость течения нефти по трубопроводу рассчитывается по формуле:


, м/с. (3)


Проверка режима течения


(4)


По необходимости, находим ReI и ReII.


; ; , (5)


где ? - относительная шероховатость труб.

Определяем зону и режим течения трубопровода:

Турбулентный режим, зона гидравлически гладких труб

Находим коэффициент гидравлического сопротивления

(6)

Гидравлический уклон находим по формуле:


(7)

Потери напора на трение в трубопроводе:


м (8)


Потери напора на местные сопротивления:


м (9)


Полные потери напора в трубопроводе:


м (10)


.1 Расстановка насосных станций


Напор, развиваемый одной насосной станцией:


м (11)


Необходимое число насосных станций:


(12)

Округляем число станций в большую сторону n1=3


Теги: Эксплуатация оборудования нефтеперекачивающей станции и расчет её основных характеристик  Курсовая работа (теория)  Геология
Просмотров: 39673
Найти в Wikkipedia статьи с фразой: Эксплуатация оборудования нефтеперекачивающей станции и расчет её основных характеристик
Назад