Кавитационный запас нефть


Кавитационный запас - Fluidbusiness

Кавитационный запас, удельная скорость всасывания  и энергия всасывания

При разработке насосных систем, важно обеспечить отвечающий требованиям кавитационный запас для правильной эксплуатации насоса. Неудовлетворительный кавитационный запас может серьезно ограничить выбор насоса или даже заставить сделать дорогостоящее изменение конструкции системы. С другой стороны, обеспечение завышенного кавитационного запаса может излишне увеличить стоимость системы. Удельная скорость всасывания может оказать помощь в данной ситуации.Её значение определяется как:Где  N - скорость насоса (об/мин)м3/ч - Расход насоса в точке наивысшего КПД на входе рабочего колеса (Для насосов с рабочим колесом двухстороннего всасывания расход делится на два)NPSH - кавитационный запас насоса в точке наивысшего КПД.Для данного насоса, удельная скорость всасывания, в общем случае, постоянна - она не меняется, когда меняется скорость насоса. Опыт показывает, что 9000- достаточное значение удельной скорости всасывания. Насос с минимальной удельной скоростью всасывания 9000 полностью годен и не имеет поводов к жестким эксплуатационным ограничениям.

Пример:Расход 454 м3/ч; напор 183 метра. Какое значение кавитационнго запаса требуется?Предположим: для напора 180 метров, требуется работа на 3550 об/минСмежная проблема существует при выборе нового насоса в существующих системах, особенно при больших расходах. Удельная скорость всасывания выделит применения, где кавитационный запас может ограничить выбор насоса. Пример:Существующая система: Расход 454 м3/ч; напор 183 метра: NPSHa 9 метров. Какова максимальная скорость, при которой насос может работать без превышения кавитационного запаса?Для работы насоса на такой скорости требуется редуктор, и на этой скорости насос может не развить требуемый напор. Как минимум, кавитационный запас ограничивает выбор насоса.

Система такая же. Целесообразен ли выбор насоса двухстороннего всасывания? Для насоса двухстороннего всасывания, расход делиться пополам.Использование насоса двухстороннего всасывания один из способов обеспечения кавитационного запаса системы.

Количество энергии в перекачиваемой жидкости, которая мгновенно испаряется и затем схлопывается обратно в жидкость в области высокого давления при входе в рабочее колесо, определяет степень шума и/или повреждения от кавитации. Энергия всасывания определяется как:Где De= диаметр на входе рабочего колеса (в дюймах)Sg= Плотность жидкости (1,0 для холодной воды)Высокая энергия всасывания начинаются от 160х106 для насосов с односторонним всасыванием и 120х106 для горизонтальных насосов двухстороннего всасывания. Предельно высокая энергия всасывание начинается от 1,5 кратного значения высокой энергии всасывания. Для вычисления диаметр на входе рабочего колеса обычно принимается как 90% от размера всасывающего патрубка, для насосов одностороннего всасывания, и 75% от размера всасывающего патрубка, для насосов двухстороннего всасывания.

Пример:Удельная скорость всасывания 9000, скорость насоса 3550 об/мин, размер всасывающего патрубка 6 дюймов, плотность 1,0, насос одностороннего всасывания.Так как 173х106 >160х106 , это насос с высокой энергией всасывания.

РАБОТА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА БЕЗ ПРОБЛЕМ С КАВИТАЦИОННЫМ ЗАПАСОМ

ОбщееСуществует большой количество подробных публикаций о важности значения кавитационного запаса. На практике, однако, ошибки делаются постоянно, с повреждением насоса и даже с выходом из строя в итоге всей системы. Поэтому эти рекомендации предназначены показать, каким образом кавитационный запас системы может быть сделан более подходящим, используя разные параметры, и какие критерии важны при выборе насоса.

NPSH означает допустимый кавитационный запас. Система, в которой, к примеру, холодная вода течет в насос с высоты 1м без перепада давления имеет значение NPSH примерно 11м (не 1м).

NPSH =11 mA = available

В данном случае, может быть использован только насос со значением NPSHr 10.5м и меньше, в целях безопасности имеется разница 0,5м

NPSH = 10.5 mR = required

Кавитационный запас системыЗдесь приводится стандартная формула, которая полностью соответствует практике. Использованы последние обозначения в соответствии с DIN 24 260 Часть 1, редакция сентябрь 1986г.NPSHA (ранее NPSHavail)в метрах, допустимый кавитационный запас ρ1  (ранее ρs ) в барахИзбыточное давление во всасывающем патрубке прямо перед насосом (в случае, если давление ниже атмосферного, значение берется со знаком минус)

ρamb  (ранее ρB ) в барах абс.Атмосферное давление (стандартно 1,013 бар абс.)

ρv  (ранее ρD ) в барах абс.Давление насыщенных паров жидкости при рабочей температуре.

ς в кг/дм3Плотность жидкости при рабочей температуре.

V1 (ранее VS ) в м/сСкорость перекачиваемой жидкости во всасывающем патрубке.

Эти данные относятся непосредственно к центру всасывающего патрубка. Для упрощения ускорение свободного падения принимается не 9,81 м/с2, а 10,0 м/с2.

 Пример 1
Советы для решения проблем с кавитационным запасом.

NPSHr -кавитационный запас износа

Это значение может быть грубо вычислено, но обычно определяется на испытательной установке, на определенной скорости насоса, при определенном диаметре рабочего колеса и при определенной скорости подачи. Значение кавитационного запаса насоса NPSHR определяется уточнением полного напора насоса при различных подпорах на всасывании. С целью получения различных подпоров на всасывании, давление в питающем резервуаре понижается посредством дроссельного устройства. Сочетание этих методов часто используется с целью достижения пониженного давления.

Чем больше разрежение на входе рабочего колеса, тем большая кавитация происходит. Это ослабляет общей напор насоса. Значение, при котором общий напор насоса падает на 3% в результате такой кавитации принято называть значением кавитационного запаса насоса NPSHR.Необходимы несколько тестов при одной подачи и при разных давлениях во всасывающем патрубке, прежде чем, посредством повторяющихся измерений, вычислений и т.п., определится 3-х процентное падение напора.

Для определения кривой кавитационного запаса насоса NPSHR, эти измерения делаются при различных подачах и при разных значениях диаметра рабочего колеса. Составление ряда таких кривых требует высоких затрат.Кавитационный запас системы NPSHa < Кавитационный запас насоса NPSHr, что можно сделать?

Отдельные величины в формуле, относящиеся к системе:ρ1- повысить давление во всасывающем патрубке, т.е. бОльшая подача жидкости, повышение уровня жидкости в питающем резервуаре, или поднять всасывающей резервуар на более высокий уровень или опустить насос, например, на один этаж ниже.С другой стороны, номинальный диаметр трубопровода на всасывании должен быть соответствующих размеров, также необходимо быть уверенным, что задвижки и другая трубопроводная арматура во всасывающей линии имеет минимально возможный коэффициент потерь на трение, чтобы ρ1 перед насосом было максимально высоким. Например, наиболее подходящие – это шаровые задвижки полностью открытые в поперечном сечении.ρamb -нет возможности менять.ρv  -в некоторых случаях может жидкость охлаждаться перед входом в насос с целью уменьшения давления насыщенных паров.ς -нет возможности менять.V1 -если значение соответствует размерам всасывающего патрубка насоса, дальнейшее рассмотрение не имеет значения. Конечно значение V1 должно быть как можно меньше, как уже сказано в отношении ρv.

 Пример 2
Следующие способы устранения проблемы могут быть применены к насосу:Уменьшение скорости подачи - Значение кавитационного запаса насоса обычно становится меньше, а значение кавитационного запаса системы увеличивается. Если необходимо, распределите расход на несколько насосов, например, задействуйте резервный насос.

Установка рабочего колеса большего диаметра- во многих случаях кавитационный запас насоса становиться лучше, но энергопотребление, конечно, тоже увеличивается.Уменьшение скорости- Насосы работающие на меньших скоростях имеют лучшее значение кавитационного запаса. Во многих случаях, однако, становиться необходимым больший насос.

Установка рабочего колеса большего диаметра и уменьшение скорости - Если в насосе установлено относительно небольшой рабочее колесо, это решение идеально с точки зрения гидравлики. (более плавная работа, меньший износ).

Работа насоса с кавитацией - В особых случаях, поставщик насосов и эксплуатирующая систему организация могут договориться, что может быть падение напора более 3%. Однако, это должно быть тщательно установлено, чтобы не происходило полного падения напора.Выбрать насос с лучшим значением кавитационного запаса - Большие насосы во многих случаях имеют лучшее значение кавитационного запаса при одинаковой подаче. Если необходимо, возможно установить особые рабочие колеса сконструированные специально для хорошего всасывания.

ПрочееПластиковые насосы обычно относительно нечувствительны к кавитации. Сложно также услышать само явление, т.к. пластик хороший звуковой изолятор. Насосы с магнитной муфтой могут считаться как насосы с одинарным механическим уплотнением. Температура жидкости должна быть не менее 20°С ниже точки кипения.

Влияние давления насыщенных паров

В этом контексте, важность давления насыщенного пара должна быть опять подчеркнута:Давление насыщенного пара это функция от температуры. Жидкости, которые перекачиваются близко к давлению насыщенного пара особенно опасны, т.к. даже небольшое увеличение температуры может вызвать испарение. Не только общее колебание температуры, но также затрудненное охлаждение или неконтролируемое подвод тепла может вызвать аварийную остановку. Недостаточный отвод тепла может быть, к примеру, из-за слишком низкой скорости подачи. Подвод тепла может произойти из-за повышенного трения в механическом уплотнении, повышенного трения в подшипниках в герметичных насосах с магнитной муфтой, и также, особенно, из-за тепловых потерь (вихревых токов) в металлическом стакане в насосах без уплотнения.

Насосы с двойным торцевым уплотнением наименее чувствительны, т.к. контактирующие поверхности смазываются по отдельному контуру.

КРИВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАСОСА

Характеристики центробежного насоса могут быть графически показаны на характеристической кривой. Типичная характеристическая кривая показывает общий напор, эффективную мощность, КПД, и допускаемый кавитационный запас отложенные в зависимости от расхода насоса.

На рисунках 1,2 и 3 изображены безразмерные кривые, которые показывают общую форму кривых для различных типов насосов. Они показывают напор, мощность и КПД изображенные в процентах их величины в зависимости от типа насоса или точки максимального КПД насоса.

Рис. 1 показывает, что кривая напора центробежного насоса относительно плоская, и напор постепенно падает с увеличением расхода. Отметим, что мощность постепенно растет на всем диапазоне расхода, и её максимум обычно при максимальном расходе.

Центробежные насосы со смешанным потоком и осевые или пропеллерный насосы имеют в значительной степени другие характеристики, показанные на рис 2 и 3. Кривая напора для насоса со смешанным потоком круче, чем для насоса с радиальным потоком. Напор на закрытую задвижку обычно составляет от 150% до 200% от расчетного напора. Мощность остается более или менее постоянной на всем диапазоне расхода. Для типичного осевого насоса, напор и мощность круто возрастают около закрытой задвижки как показано на рис 3.

Различие между этими тремя классами насосов не абсолютное, и существует много насосов с характеристиками, лежащими где-то между ними. К примеру, радиально-осевое рабочее колесо(Френсиса) будет иметь характеристики между классом радиальных насосов и насосом со смешанным потоком. Большинство турбинных насосов тоже в этом диапазоне в зависимости от их удельных скоростей.

Рис.4 показывает типичную кривую насоса, которая предоставляется производителем. Это семейство кривых, которое с первого взгляда говорит, как насос работает на заданной скорости при различных диаметрах рабочего колеса от максимального до минимального. Линии постоянных мощности, КПД, и NPSHr наложены поверх различных кривых напора. Они составлены  по результатам измерений при различных диаметрах.

 
 Рис. 1 Насос с радиальным потоком
 Рис. 2 Насос со смешанным потоком
 Рис. 3 Осевой насос
 Рис. 4 Семейство рабочих кривых

ЗАКОНЫ ПОДОБИЯ

Законы подобия выражают математическую взаимосвязь между некоторыми величинами, связанными с характеристиками насоса. Они применимы для всех типов центробежных и осевых насосов. Законы следующего содержания:1. Диаметр рабочего колеса остается постоянным:

Где Q - расход м3/час.H - напор, в метрахBHP - мощность двигателя л.с.N - скорость насоса, об/мин2. Скорость насоса остается постоянной:Когда характеристики (Q1 h2 BHP1) известны при какой-либо фиксированной скорости (N1) или диаметре колеса (D1) формулы могут быть использованы для вычисления характеристики (Q2 h3 BHP2) при другой скорости (N2) или другом диаметре колеса (D2). КПД остается практически неизменным при изменении скорости и при небольшом изменении диаметра рабочего колеса.

Пример:Чтобы проиллюстрировать использование эти законов, посмотрите на рис.4. На нем показана характеристика работы некоторого насоса на скорости 1750 об/мин с разным диаметром колеса. Данные для характеристики определяются фактическими тестами производителем насосов. Теперь, предположим, что мы имеет рабочее колесо максимального диаметра 13 дюймов и хотим использовать ременную передачу для работы насоса на 2000 об/мин.

Законы подобия, показанные выше в пункте 1, будут использованы для определения новой характеристики с N1=1750 об/мин и N2=2000. Первый шаг - это считать расход, напор и мощность с нескольких точек на кривой диаметра 13 дюймов, рис. 5. Например, одна точка может быть около точки максимального КПД где расход 68 м3/час, напор 49 метров и мощность около 20 л.с.Это будет точка максимального КПД на новой кривой при 2000 об/мин. Производя такие же вычисления для нескольких других точек на кривой 1750 об/мин, можно быть нарисована новая кривая, которая будет близка к характеристике насоса при 2000 об/мин., рис.5.Метод проб и ошибок требуется, что решить обратную задачу. Другими словами, предположим вы хотите определить скорость, необходимую для расхода 77 м3/час и напора 63 метра. Вам необходимо выбрать предварительную скорость и применить законы подобия  для преобразования требуемой рабочей характеристики к соответствующей 1750 об/мин. Когда вы достигните нужной скорости, в нашем случае 2000 об/мин., точка, соответствующая 1750 об/мин попадет на кривую рабочего колеса диаметром 13 дюймов.

 
 Рис. 9

КРИВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМЫ

Для вычисления диаметра рабочего колеса и скорости, центробежные насосы имеют определенные и предсказуемые кривые характеристик. Точка на кривой, где работает насос, зависит от характеристик системы в которой он установлен, эта кривая обычно называется Кривая напора системы или отношение между расходом и гидравлическими потерями* в системе. Возможно представление в графической форме, т.к. потери на трение пропорциональны площади под кривой, кривая системы имеет форму параболы. Построение кривой системы и кривой насоса вместе позволяет определить: 1)Где на кривой будет работать насос. 2)Какие изменения произойдут, если кривая напора системы или характеристика насоса поменяются.Нет статического напора - только трение

Когда всасывание и нагнетание на одном уровне (рис.6) статического напора нет, и, следовательно, кривая системы начинается из нуля расхода и нуля напора, её вид определяется только потерями на трение. Рабочая точка находится на пересечении кривой напора системы и кривой насоса. Расход может быть сокращен регулированием задвижки.

 Рис. 6 Нет статического напора - только трение.
Положительный статический напор Параболический вид кривой системы также определяется потерями на трения в системе, включая все изгибы и задвижки. Но в этом случае участвует положительный статический напор. Этот статический напор не влияет на форму кривой или её крутизну, но он определяет напор кривой системы при нулевом расходе. Рабочая точка находится на пересечении кривой напора системы и кривой насоса. Расход снова может быть сокращен регулированием задвижки на напорном трубопроводе.

*Гидравлические потери в трубопроводе складываются из потерь на трение в трубе, на задвижках, в изгибах, и в другой арматуре, из потерь на входе и выходе (вход и выход в трубопровод, вначале и в конце, а не в насос) и потерь от изменения диаметра трубы, расширения или сужения.

Рис. 7 Положительный статический напор
Отричательный (гравитационный ) напор

В этом случае возникнет некоторая подача жидкости только исключительно из-за гравитационного напора. Но чтобы добиться больших подач, насосу требуется преодолеть  потери от трения в трубопроводе выше уровня “Н” – гидростатический разница между уровнем всасыванием и уровнем нагнетания. Другими словами, кривая системы графически строится, точно также как в других случаях, учитывая статический напор и напор на преодоление трения, за исключением того, что статический напор здесь отрицательный. Кривая системы начинается с отрицательного значения и показывает предельную подачу обусловленную исключительно силой тяжести. Большие подачи требуют дополнительной работы.

 Рис. 8 Отрицательный (гравитационный) напор
В основном подъем - маленькие потери на трение.

Кривая напора системы в этом случае начинается от значения статического напора“H” и нулевой подачи. Т.к. потери на трение относительно малы (возможно из-за большого диаметра трубы), кривая системы- «плоская». В этом случае, насосу требуется преодолеть сравнительно большой статический напор прежде чем он обеспечить какую-либо подачу.

 Рис. 9 В основном подъем - маленькие потери на трение.

www.fluidbusiness.ru

Нефть и Газ: Допустимый кавитационный запас насоса

Всасывающая способность центробежных насосов магистральных нефтепроводов ограничивается кавитацией.

Условием надежной эксплуатации насосных агрегатов является отсутствие кавитации на различных режимах его работы. С этой целью нормальные условия работы насосного оборудования обеспечиваются созданием на входе в насос избытка удельной энергии жидкости над давлением насыщенных ее паров.

Явление кавитации заключается в образовании в жидкости парогазовых пузырьков в тех участках потока, где местное давление понижалось, достигает критического значения.

Процесс кавитации аналогичен кипению жидкости, поэтому в качестве критического давления, при котором возникает кавитация, обычно принимают давление насыщенных паров перекачиваемой жидкости при данной температуре. Падение давления ниже давления, соответствующего температуре парообразования, приводит к различной степени перегрева жидкости в зависимости от ее температуры и физических свойств. Перегрев высвобождает необходимое для парообразования тепло.

Понижение местного давления ниже давления, соответствующего началу кавитации в проточной части центробежного насоса, может происходить в результате добавочных потерь на входном участке насоса, увеличения скорости жидкости вследствие увеличения числа оборотов, отрыва или сжатия потока.

При кавитации нарушается нормальная работа центробежных насосов. Это происходит потому, что часть объема подаваемого насосом, становится заполненной парами жидкости, в результате чего происходит падение напора, уменьшение расхода перекачиваемой жидкости, снижение КПД, увеличение вибраций и шума. Кроме того, при попадании образовавшейся при кавитации двухфазной жидкости в область повышенного давления происходит конденсация и заполнение парогазовых объемов жидкостью с большой скоростью, что приводит к явлению местного гидравлического удара.

Совокупность местных гидравлических ударов в момент завершения конденсации паровых объемов, находящихся на поверхности твердого тела, приводит к эрозионному разрушению металла.

Нормальные условия работы центробежных насосов могут быть обеспечены созданием на входе в насос избытка удельной энергии над давлением насыщенных паров подаваемой жидкости. Так, например, сезонные центробежные насосы магистральных нефтепроводов имеют подпор, который создается вспомогательным подпорным насосом или передается перекачиваемой жидкостью с предыдущей насосной станции.

В свою очередь, условия бескавитационной работы подпорных насосов могут быть обеспечены приближением насосной к резервуар-ному парку, использованием особенностей рельефа местности, их заглублением. Указанные меры предупреждения кавитации обычно используются в процессе проектирования.

На действующем нефтепроводе бескавитационные условия работы насосов могут быть обеспечены применением пред-включенных шнеков на входе в рабочее колесо, увеличением диаметра всасывающего трубопровода или подключением дополнительных параллельных всасывающих линий, ограничением минимального допустимого уровня перекачиваемой жидкости в резервуарах, снижением производительности насосной станции. Однако эти меры связаны с дополнительными затратами.

Например, на головных нефтеперекачивающих станциях магистральных нефтепроводов ухудшение всасывающей способности насосов связано с необходимостью дополнительного увеличения минимально допустимого уровня перекачиваемой жидкости в резервуарах (мертвый остаток). Величина этого увеличения непосредственно связана с кавитационным запасом подпорного насоса и для заданного режима перекачки может быть вычислена.

1. В центробежных насосах с % а НО при работе на нефтив режимах, близких к оптимальному, начало повышения шумаи вибрации практически совпадает с моментом падения напорана частной кавитационной характеристики. Это, по видимому,связано с тем, что вязкость препятствует ускорению жидкостипри схлопывании кавитационного пузырька,  что,  в  конечномитоге, определяет демпфирующее влияние на виброакустические свойства систем. Поэтому за критическое значение кавитационного запаса следует принимать  величину,   определяемуюобщепринятым способом без поправочных коэффициентов.

2. Ухудшение шумовых и  вибрационных  характеристик   вбольшой степени связано с эксплуатацией насосов в режимах,отличных от рабочих(оптимальных), что необходимо учитыватьпри задании предельной нормы вибрации для виброконтролирующей аппаратуры.

www.tehnik.top

Н и ПС Задание № 2-12 КВ5

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Самарский государственный технический университет»

Россия, 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Телефон: (846) 2784-311. Факс (846) 2784-400. E-mail: [email protected]

Кафедра «Трубопроводный транспорт»

Методические указания

к практическим работам по дисциплине

« Насосы и перекачивающие станции »

Задание № 2

Составил: доцент

В.И. Пименов

Самара

2013

Задание № 2 - 1

Пересчет кавитационных характеристик магистрального насоса с воды на нефть

Для магистральных насосов, для которых имеется паспортная кавитационная характеристика на воде, при расчете допускаемого кавитационного запаса магистрального насоса на нефти производится последовательное вычисление следующих параметров:

Значение давления насыщенных паров нефти, соответствующее текущей температуре нефти t , Па

(6.10)

Критерий тепловой кавитации, 1/м

(6.11)

Относительная скорость нефти в зоне кавитации на лопастях рабочего колеса, м/с

(6.12)

Безразмерный коэффициент температурного запаздывания КТ, характеризующий степень перегрева участвующей в парообразовании жидкости из-за неравновесных условий

(6.13)

Безразмерный комплекс Ф

(6.14)

Относительное критическое давление в зоне кавитации на лопастях рабочего колеса

(6.15)

Критическое давление в зоне кавитации

(6.16)

Критическое давление на входе в насос при перекачивании нефти, Па

(6.17)

Скорость нефти в подводящем трубопроводе в месте измерения давления на входе в насос, м/с

(6.18)

Критический кавитационный запас насоса на нефти, м

, (6.19)

где: ψ – коэффициент, принимаемый для каждого типа насоса и ротора согласно таблице 6.2.

Таблица 6.2 - Коэффициенты принимаемые для каждого типа насоса

Тип насоса

Тип ротора

Q = 0,5 Qном

Q = 0,7 Qном

Q = Qном

Q = 1,25 Qном

НМ 2500-230

1,0

1,0

0,75

0,7

НМ 3600-230

1,0

1,0

0,8

0,8

НМ 7000-210

1,0

1,0

1,0

1,0

НМ 10000-210

1,0

1,0

0,85

1,04

Допускаемый кавитационный запас насоса на нефти, м

(6.20)

где R = 1,25 – коэффициент запаса согласно ГОСТ 6134.

Задача

Рассчитать допускаемый кавитационный запас магистрального насоса на нефти

Исходные данные:

Параметры нефти на входе в насос: температура t = 26 ºС; плотность ρ = 850 кг/м3; давление насыщенных паров pSR= 58 000 Па при t1 = 38 ºС

Режимные и конструктивные параметры насоса:

    • частота вращения вала насоса n = 3000 об/мин;

    • тип насоса; подача насоса Q, м3/ч; средний арифметический диаметр рабочего колеса на входе Dср, м; критический кавитационный запас насоса на воде при максимальной подаче Δhкр.в, м; внутренний диаметр подводящего трубопровода в месте измерения давления на входе в насос, d1, м – в таблице вариантов

Варианты

1

2

3

4

5

тип насоса

НМ 1250-260

НМ 2500-230

НМ 3600-230

НМ 7000-210

НМ 10000-210

подача насоса Q, м3/ч

1250

2500

3600

7000

10000

ср.ар. диаметр раб. колеса на входе Dср, мм

285

295

310

325

350

диаметр подводящего трубопров. d1, мм

353

512

512

610

990

крит. кавитационный запас на воде Δhкр.в, м

17,4

27,8

34,8

52,2

60,9

Варианты

6

7

8

9

10

тип насоса

НМ 1250-260

НМ 2500-230

НМ 3600-230

НМ 7000-210

НМ 10000-210

подача насоса Q, м3/ч

1565

3150

4500

8750

12500

ср.ар. диаметр раб. колеса на входе Dср, мм

295

308

315

335

360

диаметр подводящего трубопров. d1, мм

353

512

512

610

990

крит. кавитационный запас на воде Δhкр.в, м

26,1

41,7

39,1

60,9

69,6

Варианты

11

12

13

14

15

тип насоса

НМ 1250-260

НМ 2500-230

НМ 3600-230

НМ 7000-210

НМ 10000-210

подача насоса Q, м3/ч

900

1800

2500

5000

7000

ср.ар. диаметр раб. колеса на входе Dср, мм

275

285

300

315

340

диаметр подводящего трубопров. d1, мм

353

512

512

610

990

крит. кавитационный запас на воде Δhкр.в, м

13,9

22,6

32,2

43,5

43,5

Варианты

16

17

18

19

20

тип насоса

НМ 1250-260

НМ 2500-230

НМ 3600-230

НМ 7000-210

НМ 10000-210

подача насоса Q, м3/ч

1800

3300

5000

9500

13000

ср.ар. диаметр раб. колеса на входе Dср, мм

295

308

315

335

360

диаметр подводящего трубопров. d1, мм

353

512

512

610

990

крит. кавитационный запас на воде Δhкр.в, м

26,1

41,7

39,1

60,9

69,6

Задание № 2 - 2

Пересчет кавитационных характеристик с воды на нефть подпорного насоса

Допустимый кавитационный запас подпорных центробежных насосов при перекачке нефти и нефтепродуктов определяется по формуле:

, (6.21)

где: Δhдоп.В – допустимый кавитационный запас насоса на воде, определяется по паспортной характеристике при требуемой подаче насоса, м;

ΔHtкр – термодинамическая поправка к величине кавитационного запаса, определяемая по графику на рисунке 6.2, в зависимости от значения комплекса , м;

pS – давление насыщенных паров жидкости при заданной температуре, определяемое по формуле (6.10), Па;

(6.10)

ρ – плотность жидкости, кг/м3;

δh – изменение величины кавитационного запаса, обусловленное влиянием вязкости, м.

Изменение величины кавитационного запаса, определяется по формуле:

, (6.22)

где:wв – скорость жидкости во входном патрубке насоса, м/с;

ξ – коэффициент гидравлического сопротивления во входном патрубке насоса, находится по графику на рисунке 6.3 в зависимости от числа Рейнольдса,

Задача

Определить допустимый кавитационный запас подпорного насоса с учетом реальных свойств нефти.

Исходные данные:

Температура нефти: t = 26 oC,. Плотность нефти: ρ = 850 кг/м3. . Кинематическая вязкость нефти: ν = 12 мм2/с.

Давление насыщенных паров нефти pSR = 58000 Па при t1 = 38 ºС

Тип насоса; подача насоса Q, м3/ч; допустимый кавитационный запас насоса на воде при заданной подаче Δhдоп.в ; внутренний диаметр подводящего трубопровода , d1, м – в таблице вариантов

Варианты

1

2

3

4

5

тип насоса

НПВ 600-60

НПВ 1250-60

НПВ 2500-80

НПВ 3600-90

НПВ 5000-120

подача насоса Q, м3/ч

600,

1250

2500

3600

5000

диаметр подводящего трубопров. d1, мм

500

700

800

1000

1000

доп. кавитационный запас на воде Δhкр.в, м

4,0

2,2

2,8

3,2

5,0

Варианты

6

7

8

9

10

тип насоса

НПВ 600-60

НПВ 1250-60

НПВ 2500-80

НПВ 3600-90

НПВ 5000-120

подача насоса Q, м3/ч

700

1500

3000

4200

6000

диаметр подводящего трубопров. d1, мм

500

700

800

1000

1000

доп. кавитационный запас на воде Δhкр.в, м

4,0

2,2

2,8

3,2

5,0

Варианты

11

12

13

14

15

тип насоса

НПВ 600-60

НПВ 1250-60

НПВ 2500-80

НПВ 3600-90

НПВ 5000-120

подача насоса Q, м3/ч

600,

1250

2500

3600

5000

диаметр подводящего трубопров. d1, мм

500

700

800

1000

1000

доп. кавитационный запас на воде Δhкр.в, м

4,0

2,2

2,8

3,2

5,0

Варианты

16

17

18

19

20

тип насоса

НПВ 600-60

НПВ 1250-60

НПВ 2500-80

НПВ 3600-90

НПВ 5000-120

подача насоса Q, м3/ч

700

1500

3000

4200

6000

диаметр подводящего трубопров. d1, мм

500

700

800

1000

1000

доп. кавитационный запас на воде Δhкр.в, м

4,0

2,2

2,8

3,2

5,0

Порядок расчета

1) Определяем давление насыщенных паров нефти при заданной температуре по формуле 6.10 Зад. №2

2) Рассчитываем значение комплекса U

Рисунок 6.2 - График определения термодинамической поправки к значению допустимого кавитационного запаса насоса

3) Определяем значение термодинамической поправки для полученного значения комплекса U по рисунку 6.2

4) Рассчитываем скорость нефти во входном патрубке насоса

где Q – секундный расход, м3/с; D- внутренний диаметр трубопровода; [м] . 5) Определяем число Рейнольдса на входе в насос

, (5.37)

где: – кинематическая вязкость жидкости, м2/с.

6) Определяем коэффициент гидравлического сопротивления во входном патрубке насоса при полученном числе Рейнольдса, преобразовав его в логарифм, по графику 6.3

7) Рассчитываем изменение величины кавитационного запаса по формуле 6.22

8) Определяем допустимый кавитационной запас насоса на нефти по формуле 6.21

Рисунок 6.3 - График зависимости гидравлического сопротивления от числа Рейнольдса

Задание № 2 - 3

Расчет минимального значения напора и давления на входе насоса

Напор на входе насоса (hподп) должен быть не менее величины, обеспечивающей бескавитационную работу насоса :

, (6.2)

где: hподп мин – минимальное значение напора на входе насоса, м;

p0 – абсолютное давление на поверхность жидкости (атм. давление), Па;

ρ – плотность жидкости, кг/м3;

g – ускорение силы тяжести, м/с2;

ps –давление насыщенных паров жидкости, Па;

wв – скорость жидкости на входе в насос, м/с;

Δhдоп – допустимый кавитационный запас насоса, в пересчете на нефть , м.

Минимальное значение давления на входе насоса определяется по формуле

p0 = hподп мин∙ρ∙ g, Па;

Атмосферное давление p0 должно приниматься в зависимости от абсолютной высотной отметки насосов по формуле:

, (6.3)

где: z – абсолютная высотная отметка насосной станции над уровнем моря, м.

Значение давления насыщенных паров нефти ps, соответствующее температуре перекачиваемой нефти вычисляется по формуле:

, (6.4)

где: pSR – давление насыщенных паров, Па при t1 = 38 oC

t – температура перекачиваемой нефти, ºС.

Задача

Определить минимального значения напора и давления на входе магистрального насоса

Исходные данные

Характеристики нефти: температура нефти: t = 26 oC, плотность нефти: ρ = 850 кг/м3, давление насыщенных паров нефти : pSR = 58000 Па при t1 = 38 ºС

Допустимый кавитационный запас на нефти Δhдоп, м – из Зад.№2-1

Абсолютная высотная отметка, Z = 170м

Тип насоса; подача насоса Q, м3/ч; ; внутренний диаметр подводящего трубопровода , d1, м; – в таблице вариантов

Варианты

1

2

3

4

5

тип насоса

НМ 1250-260

НМ 2500-230

НМ 3600-230

НМ 7000-210

НМ 10000-210

подача насоса Q, м3/ч

1250

2500

3600

7000

10000

диаметр подводящего трубопров. d1, мм

353

512

512

610

990

Варианты

6

7

8

9

10

тип насоса

НМ 1250-260

НМ 2500-230

НМ 3600-230

НМ 7000-210

НМ 10000-210

подача насоса Q, м3/ч

1565

3150

4500

8750

12500

диаметр подводящего трубопров. d1, мм

353

512

512

610

990

Варианты

11

12

13

14

15

тип насоса

НМ 1250-260

НМ 2500-230

НМ 3600-230

НМ 7000-210

НМ 10000-210

подача насоса Q, м3/ч

900

1800

2500

5000

7000

диаметр подводящего трубопров. d1, мм

353

512

512

610

990

Варианты

16

17

18

19

20

тип насоса

НМ 1250-260

НМ 2500-230

НМ 3600-230

НМ 7000-210

НМ 10000-210

подача насоса Q, м3/ч

1800

3300

5000

9500

13000

диаметр подводящего трубопров. d1, мм

353

512

512

610

990

Задача

Определить минимального значения напора и давления на входе подпорного насоса

Исходные данные

Характеристики нефти: температура нефти: t = 26 oC, плотность нефти: ρ = 850 кг/м3, давление насыщенных паров нефти : pSR = 58000 Па при t1 = 38 ºС

Допустимый кавитационный запас на нефти Δhдоп, м – из Зад.№2-2

Абсолютная высотная отметка, Z = 170м

Тип насоса; подача насоса Q, м3/ч; ; внутренний диаметр подводящего трубопровода , d1, м; – в таблице вариантов

Варианты

1

2

3

4

5

тип насоса

НПВ 600-60

НПВ 1250-60

НПВ 2500-80

НПВ 3600-90

НПВ 5000-120

подача насоса Q, м3/ч

600,

1250

2500

3600

5000

диаметр подводящего трубопров. d1, мм

500

700

800

1000

1000

Варианты

6

7

8

9

10

тип насоса

НПВ 600-60

НПВ 1250-60

НПВ 2500-80

НПВ 3600-90

НПВ 5000-120

подача насоса Q, м3/ч

700

1500

3000

4200

6000

диаметр подводящего трубопров. d1, мм

500

700

800

1000

1000

studfiles.net

Влияние кавитации gidrodinamicheskoй реологические и transportabelьnыe свойства vяzkih nefteй и nefteproduktov

407

определенной области температур, когда соединившиеся кристаллы парафинов создают

разветвленную решетку.

Работа механических измельчителей, основанных на соударении обрабатываемой

жидкости о поверхности элементов измельчителя благодаря наличию относительных

скоростей, вызывает появление высокого градиента давления, способствует возникновению

в жидкости волновых процессов. При измельчении примесей получены весьма убедительные

результаты, однако, такие устройства в целях улучшения реологических свойств нефти пока

не опробованы. Проведѐнные исследования с нефтями Усинского, Возейского и

Грубешорского месторождений показали, что механическое воздействие на образующиеся в

нефти парафиновые структуры значительно понижают прочность вторичных структур,

снижает температуру их застывания, вязкость, статическое и динамическое напряжения

сдвига. При определѐнных условиях механическим воздействием на нефть можно добиться

того, что она теряет свои неньютоновские свойства и становится ньютоновской. Согласно [1,

с. 24] обработка механическими измельчителями может обеспечить значительное улучшение

реологических свойств нефти. Как правило, они не энергоемки. Однако для их широкого

промышленного применения требуются дополнительные экспериментальные работы.

Обработка кавитацией. В последние годы возрос интерес по прямому

преобразованию механической энергии в тепловую в т.н. «гидродинамических нагревателях

жидкости» (ГДНЖ) или «вихревых теплогенераторах» (ВТГ), [2-5]. Согласно выводам

авторов, нагрев жидкости в них происходит как за счет гидродинамических, так и

кавитационных явлений. Их принцип действия часто аналогичен таким уже широко

известным в технике устройствам, как гидротормоз или гидромуфта. Под кавитацией, в

общем смысле слова, понимается появление в капельной жидкости областей (каверн),

заполненных парами и газами, выделившимися из жидкости.

Кавитация относится к нестационарным явлениям и происходит в тех случаях, когда

абсолютное давление в какой-нибудь области капельной жидкости упадет ниже некоторого

критического значения Ркав, при котором возникает разрыв сплошности потока и образуются

каверны, заполненные парами или газами.

При продвижении потока в область повышенного давления (в соответствии с

уравнением Бернулли, область падения скорости потока) происходит смыкание

(конденсация) газовых пузырьков, приводящее к ударам частиц жидкости друг о друга, а

также стенки. Положительный эффект от кавитации - это получение мелкодисперсной

однообразной массы жидкости, т.е. измельчение парафинистых образований в нефти.

Одна из особенностей кавитационного процесса при перекачке нефти - существенное

влияние термодинамических свойств нефти. Это хорошо видно на примере расширения

начальных пузырьков при паровой кавитации. В случае существования паровой каверны

(подкаверной в данном случае будем принимать полость в виде пузырька, заполненную

паром) кавитация обеспечивается непрерывным процессом испарения, происходящим при

теплопередаче от стенки каверны. Поскольку источники тепла отсутствуют, предполагается,

что необходимое для испарения тепло отбирается из окружающей каверну жидкости.

Местное самоохлаждение жидкости, окружающей каверну при образовании кавитационных

пузырьков, может существенно снизить давление паров нефти в каверне.

Анализ термодинамических свойств товарных нефтей показывает, что разность

давления насыщенных паров на входе обтекаемого объекта и давления в каверне

определяется градиентом давления насыщенных паров, температурой, удельной

теплоемкостью жидкости, плотностью пара и жидкости.

Помимо термодинамических свойств, на возникновение кавитации, интенсивность ее

развития влияют давление насыщенных паров нефти, крутизна кривой зависимости давления

насыщенных паров нефти от температуры, вязкость, поверхностное натяжение, количество

растворенного и свободного газа, время пребывания нефти в зоне с пониженным давлением,

характер потока (ламинарный или турбулентный) и т.д. Зависимость критического

кавитационного запаса какого-либо элемента гидравлической системы от изменения

www.researchgate.net

Кавитационные технологии обработки нефти и нефтепродуктов

Кавитационные технологии широко используется для обработки нефти и нефтепродуктов.

Гидродинамический кавитационный генератор-реактор создавался как гидродинамический реактор под большие промышленные производительности, (минимальная производительность от 10 т/ч) поэтому для нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности возможно его самое эффективное применение для:

  • подготовки нефти для транспортировки по трубопроводам, что приводит к уменьшению вязкости нефти, деструкция парафинов приводит к уменьшению отложений на стенках труб;
  • предкрекинговая обработка нефти с целью увеличения выхода легких фракций;
  • на НПЗ и мини НПЗ производство много компонентных топлив, смесевых бензинов, биотоплив, зимнего дизеля
  • нефтебазы – использование для улучшения качества топлив (смесевые бензины, зимний дизель)

Кавитационные технологии обработки нефти для увеличения светлых нефтепродуктов

Идея дробить длинные органические цепочки на более короткие для получения свободных радикалов, образующих новые соединения, с тем чтобы получить больше светлых нефтепродуктов (СНП), не нова. Такие работы были начаты еще в СССР в 60-х годах, в частности на Полтавщине этим занимался целый институт, была разработана и запущена в серийное производство большая линейка гидродинамических смесителей, аппаратов вихревого слоя и т.д., которые широко зарекомендовали себя в области химии и нефтехимии уже тогда, а в особенности в сфере обеззараживания сточных вод, тяжелых вод загрязненных фенолами и т.д.. Но особенно актуальными они стали сейчас, в момент стремительного подорожания нефти как сырья и роста стоимости ее переработки, ухудшения качества нефти, ухудшения качества получаемых продуктов..

Нефть – высокомолекулярная, гетерогенная жидкость, молекулы которой при атмосферном давлении и нормальной температуре сложно ориентированы. При приложении к нефти внешнего давления в несколько сот атмосфер молекулы поляризуются, противодействуя внешним силам и сохраняя равновесие системы. Если внешнее давление резко снять, то внутренние силы начнут разрывать макромолекулы на более мелкие составляющие, причем, плотность продукта уменьшается. Этот принцип положен в основу обработки нефти с целью изменения ее структуры.На сегодняшний день наиболее качественна обработка нефти кавитационным оборудованием. В результате физико-химических реакций после кавитационной обработки нефти возрастает удельный вес СНП.

Кавитация – это образование разрывов сплошности жидкости в результате местного спада давления. Если снижение давления происходит вследствие больших локальных скоростей в потоке движущейся капельной жидкости, то кавитация считается гидродинамической, а если вследствие прохождения в жидкости акустических волн, – акустической.

Эффект кавитации сопровождается микровзрывами, ультразвуком, а также механическими срезами и соударениями при воздействии сотен режущих пар, двигающихся навстречу друг другу с высокой линейной скоростью. Величина этой скорости составляет несколько десятков метров в секунду, что дает возможность разрезать диспергируемые вещества на мельчайшие микрочастицы. Фактически это микроимпульсы. За одну минуту – сотни тысяч микроимпульсов.

В основе многих процессов переработки нефти и нефтяных остатков лежат фазовые переходы, характерные для нефтяных дисперсных систем. Воздействовать на кинетику фазовых переходов можно химическими веществами и физическими полями. В результате такого вмешательства изменяется радиус ядра и толщина адсорбционно-сольватной оболочки сложной структурной единицы, которая является элементом нефтяной дисперсной системы. Это позволяет увеличить выход целевых нефтепродуктов, улучшить их качество, снизить энергозатраты.

Экспериментальные исследования воздействия колебаний при прохождении через ультразвуковой кавитатор нефти показали следующие результаты:

  • кавитационная обработка позволяет увеличить выход фракций при одинаковой температуре отгона.

Отсюда можно сделать вывод, что гидродинамика и создаваемые нею ультразвуковые колебания ускоряют диффузию нефти в полости парафина, интенсифицируют процесс его разрушения. Ускорение растворения парафина идёт за счёт интенсификации перемешивания нефти на границе нефть-парафин и действия импульсов давления, которые как бы разбрызгивают частицы парафина.

Технологии кавитационной обработки нефти и нефтепродуктов

В основе многих процессов переработки нефти и нефтяных остатков лежат фазовые переходы, характерные для нефтяных дисперсных систем.

Воздействовать на кинетику фазовых переходов можно химическими веществами (поверхностно-активными веществами – ПАВ, присадками и т.д.) и физическими полями (тепловыми, кавитационными, электромагнитными и т.д.). В результате такого вмешательства изменяется радиус ядра и толщина адсорбционно-сольватной оболочки сложной структурной единицы, которая является элементом нефтяной дисперсной системы.

В гидродинамическом ультразвуковом кавитационном поле уменьшается выход карбидов, а при увеличении выхода бензина уменьшается количество непредельных углеводородов в бензиновых фракциях.Кавитационная обработка ускоряет диффузию нефти в полости парафина, интенсифицирует процесс его разрушения. Ускорение растворения парафина идет за счет интенсификации перемешивания нефти на границе нефть-парафин и действия импульсов давления, которые как бы разбрызгивают частицы парафина.

Нефть не обладает вязкостью, подчиняющейся законам Ньютона, Пуазейля, Стокса, так как длинные беспорядочно расположенные молекулы парафина и смол образуют некоторую гибкую решетку, в которой располагается раствор. Поэтому система оказывает значительное сопротивление силам сдвига. Кавитация разрывает непрерывную цепочку, разрушая связи между отдельными частями молекул. Связи эти сравнительно малы, поэтому необходимо незначительное воздействие акустических волн.

Таким образом, кавитация влияет на изменение структурной вязкости, т.е. на разрыв Ван-дер-ваальсовых связей. Необратимое уменьшение вязкости нефти имеет место после облучения нефти ультразвуком интенсивностью 10 Вт/см2 и больше на протяжении нескольких часов.Анализ исследований [2] показывает, что под воздействием кавитации большой интенсивности на протяжении длительного времени нарушаются С-С связи в молекулах парафина, вследствие чего происходят изменения физико-химического состава (уменьшение молекулярного веса, температуры кристаллизации и др.).

В процессе крекинга энергия, выделяющаяся при схлопывании кавитационных пузырьков, используется для разрыва химических связей между атомами больших молекул углеводородных соединений. Энергия разрыва связей изменяется в углеводородах в широких пределах, примерно от 40 до 400 кДж/моль. Прочность связи Свтор-Н меньше, чем С-Н, т.е. атом водорода легче оторвать в середине молекулы нормального парафина, чем с конца. Энергия разрыва С-С связей в молекулах нормальных парафинов также несколько уменьшается к середине углеродной цепи, т.е. длинные углеводородные молекулы автоматически разрываются в средней части [3].

Процесс крекинга протекает во всех нефтепродуктах. Поскольку кавитационные пузырьки можно генерировать с помощью интенсивного акустического излучения в любых жидкостях, то можно предположить, что разрыв химических связей, таким образом, можно осуществить в любом химическом соединении при интенсивности звука соответствующей прочности энергии связи.

В месте обрыва химической связи должен быть подсоединен какой-либо радикал. При недостатке свободных радикалов в реакционной среде молекулы с ненасыщенной связью могут свернуться в кольцо, образуя циклические или ароматические соединения.

Кроме процесса ароматизации в кавитационном активаторе можно осуществлять алкилирование, изомеризацию и другие процессы переработки нефти и нефтепродуктов. Данный способ позволяет осуществлять синтез легких нефтепродуктов из углеводородных газов. Это позволит вовлечь в процесс синтеза углеводородного топлива такие виды сырья, как газовый конденсат и природный газ [3].

Водотопливные эмульсии (ВТЭ)

В настоящее время актуальны задачи энергосбережения и экологической безопасности при работе энергетических топливных установок. Для решения этих задач интерес представляют топливные эмульсии мазут-вода.

При сжигании ВТЭ получают существенный экономический эффект, повышение КПД на 2-3% и снижение эмиссии загрязняющих веществ (СО, сажи, окислов азота, бензапирена и других канцерогенных полициклических ароматических углеводородов) в атмосферу.

Наибольший экономический эффект и одновременное снижение газовых выбросов обеспечивает добавление в топливо 15-20% воды, а наибольший экологический эффект в части утилизации загрязненных органическими продуктами вод реализуется при уровне водной фазы до 30%. Обеспечивается возможность сжигания некондиционных высоковязких и обводненных мазутов. В качестве водной фазы можно использовать загрязненные промышленные стоки предприятий. При повышении воды в эмульсии свыше 20% по объему, качественные показатели процесса горения снижаются. Однако если учесть , что процесс сгорания ВТЭ стабилен, открывается возможность уничтожения (огневого обезвреживания) жидких стоков производства. При этом стоки, даже если они не содержат горючих веществ, можно использовать в качестве водной фазы в мазутных эмульсиях и сжигать их, имея основной задачей именно их уничтожение, а не теплофизические параметры процесса.

Использование гомогенизированной водно-мазутной смеси позволяет повысить коэффициент сжигания топлива, сэкономить мазут и уменьшить вредные выбросы NO и СО в Атмосферу при их сжигании. Механизм этого эффекта объясняется следующим обстоятельством. Топливо поступая в горелку, распыляется форсункой. Дисперсность (размер капель) мазута составляет порядка 0,1-1 мм. Если в такой капле топлива находятся включения более мелких капель воды (с дисперсностью около от 1-7 мкм), то при нагревании происходит вскипании таких капель с образованием водяного пара. Водяной пар разрывает каплю топлива, увеличивая дисперсность подаваемого в горелку топлива. В результате увеличивается поверхность контакта топлива с воздухом, улучшается качество топливо-воздушной смеси. В высокотемпературной зоне топочной камеры капля эмульсии взрывается и происходит вторичное диспергирование топлива.

В результате таких микровзрывов в топке возникают очаги турбулентных пульсаций и увеличивает число элементарных капель топлива, благодаря чему факел увеличивается в объеме и более равномерно заполняет топочную камеру, что приводит к выравниванию температурного поля топки с уменьшением локальных максимальных температур и увеличением средней температуры в топке; повышению светимости факела благодаря увеличению поверхности излучения; существенному снижению недожога топлива; позволяет снизить количество вдуваемого воздуха и уменьшить связанные с ним теплопотери. Одновременно в факеле происходят каталитические реакции, ведущих к уменьшению вредных газовых выбросов. Время пребывания капель в реакционном объеме топки возрастает за счет удлинения их траектории в процессе турбулентного перемешивания, увеличивается удельная реакционная поверхность капель топлива.

Скорость сгорания топлива в виде мелких капель увеличивается и сопровождается выделением меньшего количества твердых продуктов, чем у крупных капель мазута, разрушаются смолисто-асфальтенновые структуры. Молекулы воды ускоряют ход реакций в окислительных процессах и в следствии возникновении полярного эффекта , существенного улучшающего ориентацию частиц активных радикалов топлива.

Еще одним важным фактором , характеризующим эффективность использование ВТЭ, является повышение эффективности и долговечности оборудования. Перерасход топлива из-за загрязнения поверхности нагрева в котлах сажистыми и коксовыми частицами может превысить 10-25%. При сжигании эмульсии часть капель долетает до поверхности нагрева и взрывается на них, что способствует не только предотвращению отложений, но и очистке от старых сажистых образований.

Кроме того, одним из факторов , определяющих эффективность использования ВТЭ в котельно-топочных процессах, является возможность на их основе решать ряд экологических проблем. Сжигание ВТЭ сокращает выход в газовых выбросах NOх (примерно на 90%),примерно в3-4 раза снижает сажистых отложений, уменьшает выход СО в среднем на 70%, бенз(а)пирена в 2-3 раза ит.д. Кавитационная обработка обработка водо-топливных эмульсий с добавлением кальция, и ее последующее сжигание позволяет уменьшить в дымовых газах концетрацию NOx в 2-5раз, концетрация сернистого ангидрида в 2-3 раза. В результате обработки мазута в эмульсионной установке , длинные молекулярные цепи преобразовываются в легкие углеводородные радикалы дистилятных топливных фракций.

Обработка ДТ

Гидродинамическая кавитационная обработка жидких топлив была, есть и будет наиболее эффективным способом безреагентной модификации топлива и основная борьба идет за способы создания таких устройств и процесов

Гидродинамическая кавитационная обработка жидких углеводородов (как процесс сопровождающийся концентрацией энергии, повышением температуры в локальном объеме до 1500-1800оС, а давления до 200 кг/см2.) эффективнее чем параметры крекинг-процесса.

Такая энергия изменяет физические свойства топлива (снижает зольность, коксуемость, размер механических примесей, плотность, температуру застывания и коэффициент фильтрации), его химические свойства (происходит деполимеризация, увеличивается содержание легких фракций, цетанового числа). Длинные молекулярные цепи преобразовываются в легкие углеводородные радикалы газовых, дистиллятных топливных фракций. Все исследования , проведенные после процесса кавитационной гомогенизации, подтвердили глубокие структурные изменения в молекулярном составе углеводородов, повышение степени дисперсности асфальтенов, карбенов, карбоидов до размерного ряда частиц 2-3 мкм. Даже простая деполимеризация любого жидкого топлива уже приравнивается к его активированию, что существенно улучшает полноту сгорания топлива, снижает вредные выбросы, увеличивает экономичность ДВС и длину его межремонтного пробега. Простая деполимеризация топлива эквивалентна превращению бревна в равную массу коротких и тонких деревянных лучинок.

Кроме этого, кавитация сопровождается и частичным разрушением самих молекул, с образованием свободных радикалов, которые еще больше инициируют процессы сгорания. Таким образом облегченный фракционный состав (при том же типе воздушного потока) не только облегчает зимний пуск ДВС (двигатель внутреннего сгорания, но делает сгорание топлива равномерным и экономичным. Мало того, так как производство А95 из А76, в основном не меняет его фракционный состав а только изменяет октановое число, то кавитационная обработка топлива, «дотягивает» фракционный состав «смесевого бензина» до стандартного.

Обработка ДТ имеет некоторые дополнительные особенности

  • зольность снижается в 1,5-2 раза;
  • содержание механических примесей снижается на 90%;
  • улучшается коэффициент фильтруемости на 20%;
  • снижается предельная температура фильтруемости на холодном фильтре и температура застывания ДТ
  • увеличивается цетановое число
  • увеличивается межремонтный период эксплуатации двигателя и топливной системы ;
  • снизить температуру замерзания летнего ДТ ;
  • снижается расход топлива

Оценка экономической эффективности использования эмульгированного топлива

В вопросе определения величины экономии топлива при сжигании водомазутной эмульсии (ВМЭ) нет единого мнения ни у практиков, ни у исследователей. Это, по всей видимости, связано с рядом трудно сопоставимых и сложно контролируемых параметров, относящихся к конкретным котлоагрегатам и собственно эмульсиям. Параметры эти можно разбить на две группы.

К первой группе параметров относится качество топлива, качество сжигания, конструктивные особенности и состояние конкретного котлоагрегата, возможность и точность измерения текущего расхода мазута, истинный уровень водности подаваемого на сжигание мазута, состав и температура дымовых газов, газоплотность топки, значение коэффициента избытка воздуха, точность управления дутьем, нагрузка котлоагрегата и т.п. При этом известно, что поступающие к потребителю мазуты обводняются при использовании острого пара в операциях разгрузки (зачистки) цистерн, а также в хранилищах из-за течей из паровых подогревателей и фильтрации грунтовых вод в случае подземных хранилищ. В таких мазутах вода содержится в виде линз и крупных капель. Распределение воды в хранилище, по сечениям и по высоте, известно весьма приблизительно.

Вторая группа параметров описывает качество подаваемой на сжигание эмульсии, т.е. уровень водности эмульсии и степень дисперсности водной фазы. При этом на промышленных агрегатах, сжигающих ВМЭ, отсутствует поточный контроль уровня водности и информация о степени дисперсности дисперсной фазы подаваемой на сжигание эмульсии, хотя известны оптимальные значения этих параметров с точки зрения экологических требований и экономики процесса сжигания. Установлено, что оптимальный уровень водности в среднем близок к 20% при диаметре микрокапель воды порядка 10 мкм. При превышении этих значений по тому или иному параметру происходит излишнее обводнение единицы объема топки, что балластирует зону горения. Известно также, что при снижении диаметров микрокапель воды в эмульсии до субмикронного размера эффект микровзрыва сменяется более плавным выгоранием по схеме безводного топлива.

Определяемая расчетным путем в соответствии с формулой Менделеева теплотворная способность водотопливной эмульсии по сравнению с безводным топливом уменьшается пропорционально увеличению доли воды. При таком подходе не могут быть учтены особенности процесса сжигания эмульсии, отличающие ее горение от горения условно безводного топлива. Ориентироваться в этом смысле следует на величину КПД теплоагрегата.

Применение эмульгирования мазута позволяет повысить эффективность сжигания топлива и добиться прироста КПД котлоагрегата за счет следующих эффектов:

  1. Наличие в сжигаемом мазуте воды при обычном гнездовом неравномерном ее распределении в виде крупных капель, линз и др. обязательно влечет за собой падение КПД котлоагрегата из-за неравномерности горения, помимо дополнительного расхода топлива на испарение воды. Даже при сжигании мазута с кондиционным содержанием воды (до 5%) среднеэксплуатационный коэффициент избытка воздуха оказывается выше оптимального на 5,5 % и среднеэксплуатационный КПД котлоагрегата падает на 0,5–1,1% %. Таким образом, эффективное использование обводненных мазутов возможно лишь при условии равномерного распределения воды в мелкодисперсном виде по всему объему.
  2. Как правило, сжигание мазутов ведется при заметных избытках  = 1,2 и более), что ведет к росту потерь тепла с уходящимиaвоздуха ( газами. Обычно причиной повышенных избытков воздуха является недостаточное качество распыла топлива и смешения топлива с дутьевым воздухом. Применение водомазутных эмульсий позволяет повысить качество сжигания за счет внутритопочного дробления и вести сжигание на  близких кaпониженном дутье без увеличения недожога, вплоть до значений  единице.
  3. Поддержание близких к номинальному значений КПД теплоагрегата при работе на режимах, меньших номинального, что достигается за счет эффекта вторичного дробления капель эмульсии в топке.
  4. Перевод котлоагрегата на режимы сжигания с малыми избытками воздуха позволяет понизить температуру точки росы уходящих газов ориентировочно до 100оС. Это, в свою очередь, существенно уменьшает степень сернокислотной коррозии оборудования и позволяет увеличить КПД теплоагрегата за счет рекуперации тепла уходящих газов на водо- и воздухоподогревателях.
  5. Уменьшение штрафных санкций за счет снижения объемов вредных выбросов в окружающую среду. Применение водомазутных эмульсий позволяет уменьшить содержание вредных веществ в дымовых газах, при этом СО, NOx, SOх более чем на 50%.
  6. Использование в качестве топлива горючих отходов различных производств (например, коксохимических, нефтеперерабатывающих и т.д.), стоимость которых существенно ниже стоимости мазута. В эмульгированном виде эти отходы можно сжигать без ущерба для экологии.
  7. Использование более дешевых высокосернистых мазутов, поскольку технология эмульгирования позволяет одновременно вводить в мазут водорастворимые обессеривающие присадки, например MgCl2 (бишофит).
  8. Утилизация в составе водомазутной эмульсии обмазученных вод, отработанных масел и др.
  9. Переход от паромеханических форсунок к механическим, что снижает расход пара на собственные нужды.
  10. Гомогенизация подаваемого на сжигание мазута, обеспечивающая разрушение отдельных кластеров длинноцепных молекул, и эмульгирование не удаляемой доли воды в свою очередь повышает полноту и качество сжигания.
  11. Увеличение количества отдаваемого теплоносителю тепла за счет меньшего загрязнения поверхностей нагрева, что позволяет поднять средний за время кампании КПД теплоагрегата.

Еще одним важным фактором, характеризующим эффективность использования водотопливных эмульсий в котельнотопочных процессах, является повышение эффективности и долговечности топочного оборудования. По некоторым зарубежным данным перерасход топлива из-за загрязнения поверхностей нагрева в котлах сажистыми и коксовыми частицами может превысить 30%-35%. При сжигании эмульсии часть капель последней долетает до поверхностей нагрева и взрывается на них, что способствует не только предотвращению отложений, но и очистке этих поверхностей от старых сажистых образований. Одной из серьезных проблем, возникающих при сжигании топочных мазутов, является большое содержание в них серы. Соединения серы уносятся с поточными газами, загрязняя атмосферу, а при использовании высокосернистых мазутов в металлургии частично переходят в расплав.

Суммарно перечисленный комплекс эффектов позволяет экономить до 20% условного топлива. Но для того, чтобы эти эффекты уловить и зафиксировать, необходимо достаточно точно контролировать и управлять рядом параметров, к которым относится:

  • текущий расход мазута,
  • водность подаваемого на сжигание мазута,
  • степень дисперсности водной фазы,
  • состав и температура дымовых газов,
  • расход и температура дутьевого воздуха,
  • коэффициент избытка воздуха на форсунке,
  • расход пара подаваемого на распыл

Вместе с тем, те или иные пункты таблицы могут быть не выполнены или выполнены не в полном объеме, что приведет к уменьшению суммы экономического эффекта.

В таблицу не включены оценки экономического эффекта, связанного со снижением токсичных выбросов (например, содержания NOx и SO3 в уходящих газах), которые могут быть сделаны на основании утвержденных нормативов для конкретного котлоагрегата и региона.

При сжигании ВМЭ интенсивность подвода окислителя в реакционную зону возрастает. В результате увеличивается скорость выгорания и объем факела. Температурное поле топки выравнивается с уменьшением max локальных температур и одновременным увеличением средней температуры в топке, играющей решающую роль в лучистом теплообмене.

Установлено, что излучательную способность факела определяют температура (ее средняя величина при ВМЭ больше), количество сажистых частиц и дисперсн. состав – т.е. удельная плотность излучающей поверхности (сажевого облака), при применении ВМЭ она резко растет.Чем крупнее частица, тем дольше она горит, тем меньше площадь излучения и излучаемый тепловой поток.При сжигании ВМЭ средний размер частиц сажи снижается в 1,5-2,5 раза. Во столько же раз растет излучающая поверхность.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Иванов В.М. Топливные эмульсии, М., 1962.
  2. Корягин В.А. Сжигание водотопливных эмульсий и снижение вредных выбро-сов. С-П, 1995.
  3. Промэнергетика, N1, 1987.
  4. Спейшер В.А., Горбаненко А.Д. Повышение эффективности использования газа и мазута в энергетических установках. М.,1991.
  5. Воликов А.Н. Сжигание жидкого и газообразного топлива в котлах малой мощности. Л., 1989.
  6. Егоричев А.П., Удилов В.М. Рациональное использование мазута в черной металлургии. М., 1987.
  7. Лисиенко В.Г. и др. Усовершенствование методов сжигания природного газа в сталеплавильных печах. М.,1977.

blending.globecore.ru

(. 1 ) | - Pandia.ru

 

ܻ

ܻ

 

 

-

__________

______________ 2010 .

 

 

 

-

ͻ -

_____________________

___________________ 2010 .

 

 

 

 

 

-

 

____________ -

_______________ 2010 .

 

 

1     ( ), - ( ͻ)

2    

3    20 .

4      -23.080.00--391-08 ѻ

5      ()

6    -

7   

8     

, , .

9      , ()

 

, ,   

 

________________________________________________________________________________

. , .

, 2010 .

 

1

.....

1

2

腅.....

1

3

...

2

4

......

3

5

...

3

 

5.1

.....

 

3

 

5.2

х

6

 

5.3

.

 

7

6

...

 

8

() ,

.

 

10

()

2500-230 ( )

 

18

()

...

 

20

()

х..

 

23

()

х

 

24

()

ͅ...

 

30

31

 

1            

1.1 [1]-[5]. , - .

1.2 , , , .

2            

:

1756-2000 .

6134-2007 .

12124-87 .

9001-2008 .

8.568-97 . .

39-30-39-78

-35.240.00--207-08 .

-03.220.99--092-08 ,

, . (), () . , , , , .

3            

:

3.1        : , .

3.2        : , ,  6134.

3.3        : , .

3.4        : .

3.5        : ( ).

3.6        : , 3 %- .

3.7        : , .

3.8        : , .

pandia.ru

Кавитационный запас - Справочник химика 21

    Кавитационный запас определяется следующим образом (см. рис. 11.8, с). [c.156]

    В динамических насосах расчетным критерием служит так называемый кавитационный запас давления при входе, необходимый для компенсации динамического падения давления в тех точках потока, где давление минимальное (например, в точке 5 на рис. 11.7, а). [c.147]

    А/г — кавитационный запас насоса, м  [c.407]

    С уменьшением кавитационного запаса давления до некоторого критического значения Ар р возникает кавитация. Чтобы насос работал без нарушений, необходимо иметь кавитационный запас давления больше критического, т. е. [c.147]

    В опорожняемой емкости кавитационный запас давления равен Ро — Рп> 3 в точке 5 с отметкой 21 этот запас снижается до [c.147]

    Допускаемый кавитационный запас м ст. ж. [c.540]

    ДО полного срыва должно быть не менее 8. Критический кавитационный запас определяется в той точке характеристики, где падение напора составляет 2% от напора первой ступени или 1 м, если напор первой ступени более 50 м. [c.153]

    Левая часть неравенства представляет собой так называемый допустимый кавитационный запас системы, определяемый для каждого типа насоса заводом-изготовителем и выражаемый в м столба подаваемой жидкости. [c.316]

    С целью обеспечения бескавитационной работы насоса перекачиваемая жидкость перед входом в насос должна пметь некоторый запас энергии сверх давления паров — кавитационной запас ДЛ. При этом должно быть соблюдено условие  [c.408]

    Проверку характеристики для динамического насоса проводят, измеряя напор насоса на стенде в трех режимах интервала подач, а на месте эксплуатации — в одном номинальном режиме. При проверке кавитационного запаса устанавливают, что при допускаемом запасе не происходит снижение номинального напора. При проверке самовсасывания устанавливают способность самовсасывающего насоса заполниться жидкостью в течение заданного времени. В центробежном электронасосе проверяют сопротивление изоляции обмоток относительно корпуса и силу тока в рабочем интервале подач. Действие защитных устройств проверяют путем трехкратного закрытия отводящего трубопровода. При этом давление на выходе должно быть не более допускаемого. [c.153]

    Подача, напор, мощность насоса и кавитационный запас в динамическом насосе приводятся к номинальной частоте вращения и плотности натуральной жидкости по формулам (3.5), (3.6), [c.156]

    Характеристику насоса строят по приведенным значениям Q, Н (или Р) и N. Кривая допускаемого кавитационного запаса, вычисляемого по формуле (11.7), строится для приведенных значений Q в рабочем интервале подач. [c.157]

    Программы для расчета технологических параметров трубопроводных систем моделируют рабочий процесс при заданных конструкционных параметрах. Гидравлический расчет проводится для разветвленных и неразветвленных трубопроводных систем с учетом местных сопротивлений и изменения теплофизических свойств перекачиваемых продуктов. Результатом расчета является изменение по участкам давления, плотности и скорости продукта, кавитационный запас (для жидкости). [c.573]

    Разе —давление насыщенных паров топлива, мм рт. ст. АРкав — величина кавитационного запаса, мм рт. ст. [c.53]

    Кавитационный запас в значительной мере зависит от частоты вращения п, подачи О и формы проточной части насоса. [c.55]

    ГОСТ 10168—75 устанавливает основные параметры центробежных насосов для химических производств и регламентирует подачу, напор, частоту вращения вала, допускаемый кавитационный запас. Стандарт распространяется на центробежные насосы с уплотнением вала, с подачей от 1,5 до 25()0 м /ч и напором от 10 до 250 м столба перекачиваемой жидкости, предназначенные для перекачивания химически активных и нейтральных жидкостей плотностью не более 1850 кг/м имеющих твердые включения размером до 5 мм, объемная концентрация которых не превышает 15%. [c.28]

    На товарно-сырьевых базах нефтеперерабатывающих заводов могут быть применены центробежные насосы большой производительности типа НМП, разработанные и широко используемые в качестве подпорных при перекачке нефти по нефтепроводам. Эти насосы имеют номинальную производительность 5000 3600 2500 м /ч и дифференциальный напор 115 78 74 м ст. жидкости, соответственно. Для насосов НМП характерен низкий допускаемый кавитационный запас и высокий (72—85%) к. п. д. [c.99]

    Кавитационный запас давления, выраженный высотой столба жидкости, определяется формулой [c.162]

    Минимальный подпор (допустимый кавитационный запас) жидкости во вса-сьн)ающем трубопроводе АЛдоп характеризуется отрицательным значением высоты всасывания Н , минимальным по абсолютной величине. [c.10]

    Осуществляют ступенчатое понижение давления в кавитационном баке. При отсутствии кавитации и неизменном режиме работы установки расход и перепад Ар, не изменяются с уменьшением кавитационного запаса ДА (рис. 2-35, опытные точки на горизонтальном участке характеристик). Случайные отклонения режима работы установки от заданного расхода устраняют подрегулировкой сопротивления контура циркуляции воды с помощью затвора (см. рис. 2-33). [c.162]

    Кавитационный запас и вакуумметрическая высота всасывания [c.239]

    Кавитационным запасом называется превышение полного напора жидкости во входном патрубке насоса над упругостью ее паров. Кавитационный запас [c.239]

    Нормальная работа насосов (без кавитации) гарантируется при соблюдении кавитациониого запаса в пределах 6 м столба жидкости. Для этого в насосах, развивающих производительность свыше 315 м ч, предусмотрены рабочие колеса с двусторонним входом жидкости. [c.27]

    Если проведение указанных мероприятий не может дать необходимого увеличения фактического кавитационного запаса, то остается выбрать другой насос с меньшим допустимым кавита-цион тым запасом (меньшей величиной Д/гдоп). [c.317]

    В формуле (5.18) ф—коэффициент запаса, принимаемый в зависимости от типа насоса и условий его работы в пределах 1,2—1,4, и ААцр.— минимальный кавитационный запас, который приближенно можно определить по формуле ВИГМ [63] [c.146]

    Кавитационная характеристика динамического насоса — зависимость напора от кавитационного запаса при постоянной подаче (рис. 11.9, а). Графики характеристики строят для минимального, номинального и максимального О в рабочем интервале подач (с отклонением не более 5%). Кавитационный запас понижают ния в баке стенда с помощью вакуум-насоса, ласти от начала кавитации [c.153]

    Правая часть неравенства составляет фактический кавитационный запас системы при данных конкретных условиях использования насоса. Слагаемые этой части неравенства показывают, в каких направлениях следует действовать, чтобы сделать фактический кавитационный запас большим допустимого и добиться безкавитационной работы насоса. [c.316]

    Фактический кавитационный запас можно увеличить, повышая избыточное давление над поверхностью жидкости в емкости Рве и изменяя высоту всасывания Ягвс. Увеличение давления над поверхностью всасываемой жидкости возможно только в закрытом резервуаре и практически редко применимо. Наиболее простым и быстро достигающим цели способом повышения давления непосредственно во всасывающем трубопроводе является подпор, который однако не всегда можно создать из-за необходимости заглубления насоса. Иногда достаточно некоторое небольшое уменьшение геометрической высоты всасывания //гвс, чтобы предотвратить кавитационные явления в насосе. Делаются попытки повысить давление в приемном трубопроводе перед входом в рабочее колесо. Для этого в поток подают струю жидкости из напорного трубопровода. Подобные опыты производились и дали положительные результаты, но задача еще далека от полного разрешения. [c.316]

    Увеличения фактического кавитационного запаса можно достигнуть целесообразным уменьшением температуры жидкости при входе в насос (снижением р п) и снижением гидравлических потерь во всасывающем трубопроводе (уменьшением 2/гпот. вс). [c.316]

    Кавитационный запас. Работу насоса без кавитации на входе в него может обеспечить избыток напора сверх величины Я = — РпКрВ), определяемый давлением Р насыщенного пара при [c.54]

    Кавитационный запас, обеспечивающий работу насоса без изменения его основных параметров, называют допускаемым кавитационным запасом АЛдоп- [c.55]

    Всасывающую способность динамических насосов оценивают кавитационными характеристиками, которые представляют собой графические зависимости основных параметров Н а N от кавитационного запаса при постоянных значениях частоты вращения, подачи, вязкости и плотности (рис. 2.4). Характеристики получают при испытании насосов не менее чем для трех режимов работы С = Сопт [c.59]

    Здесь Яа — абсолютное давление на свободную поверхность жидкости в резервуаре, МПа Рп — давление насыщенных паров перекачиваемой жидкости, МПа р — плотность подаваемой жидкости, кг/м Аю — гидравлическое сопротивление всасывающего трубопровода насоса, м ст. жидкости Д Лдоп — допустимый кавитационный запас насоса (приводится в каталогах и справочниках). [c.118]

    При критическом значении кавитационного запаса ДЛкр в узком сечении канала возникает кавитация и устанавливается минимальное давление, практически равное давлению насыщенных паров жидкости (рис. 2-32). Поддерживать постоянный расход при дальнейшем снижении входного давления оказывается невозможным. Поэтому последующие точки характеристика получают, увеличивая вместе с понижением давления в кавитационном баке открытие затвора 14 (см. рис. 2-33) так, чтобы входное давление и, следовательно, расход [c.162]

chem21.info


Смотрите также