Đang tải... (xem toàn văn)
Trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, ngành công nghiệp dầu khí hiện nay trở thành một ngành công nghiệp trọng điểm của đất nước.
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp LỜI NĨI ĐẦU Trong q trình cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước, ngành cơng nghiệp dầu khí trở thành ngành công nghiệp trọng điểm đất nước Hiện cơng ty, xí nghiệp trực thuộc Tập đồn Dầu Khí Việt Nam hợp tác với cơng ty nước ngồi, thực dự án đầu tư tập đoàn, khẳng định tiềm phát triển mạnh mẽ ngành dầu khí Việt Nam Năm 1981, xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro thành lập mở giai đoạn để phát triển ngành dầu khí non trẻ Hàng năm cán cơng nhân dầu khí đào tạo, dịnh vụ dầu khí Vũng Tàu hình thành với nhiều loại phương tiện thiết bị kỹ thuật, đầu tư để phục vụ cho cơng tác tìm kiếm thăm dị khai thác dầu khí Tháng 6/1996 xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro đưa mỏ Bạch Hổ vào khai thác với sản lượng 40 ngàn dầu thô, ngày 12 -10 -1997 xí nghiệp khai thác 50 triệu dầu thơ, tính riêng năm 1998 khai thác 12 triệu dầu thô Hiện mỏ Bạch Hổ mỏ Rồng xây dựng 40 cơng trình biển có cơng trình chủ yếu như: 12 giàn cố định, 10 giàn nhẹ, giàn công nghệ trung tâm, giàn khí nén, giàn trì áp suất vỉa, giàn khoan tự nâng, trạm rót dầu khơng bến Lắp đặt 400 km đường ống ngầm kết nối cơng trình nội mỏ liên mỏ thành hệ thống cơng nghệ liên hồn Ngày nay, ngành dầu khí Việt Nam có phát triển vượt bậc, sản lượng khai thác ngày tăng, trang thiết bị ngày đại, đội ngũ cán đào tạo có tay nghề cao Do đặc điểm địa chất, kiến tạo thềm lục địa Việt Nam, nên mỏ hầu hết nằm thềm lục địa, ảnh hưởng vị trí địa lý mỏ đề nằm ngồi biển, khí hậu khắc nghiệt, nên q trình thăm dị khai thác gặp nhiều khó khăn Để đạt mục tiêu đề xí nghiệp liên doanh nhiều việc phải làm, cơng việc quan trọng nghiên cứu giải pháp hợp lý nhất, kinh tế sử dụng loại máy móc, thiết bị cơng tác khoan, khai thác, vận chuyển dầu khí Các đề tài nghiên cứu lĩnh vực dầu khí phong phú đa dạng, riêng ngành khí thiết bị phục vụ cho cơng tác tìm kiếm, thăm dị khai thác phong phú đa dạng Các máy móc ngày đại, nhiên Sinh viên: Đinh Ngọc Tân 1Lớp: Thiết bị dầu khí K51 Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp có khuyết điểm việc nghiên cứu tìm giải pháp tối ưu để khắc phục khuyết điểm nâng cao hiệu sử dụng điều cần thiết Với mục đích nghiên cứu để nâng cao hiệu làm việc đệm làm kín hạn chế tối đa rị rỉ chất lỏng q trình làm việc bơm Sulzer MSD-D-4-8-10 ½ Trên sở vận dụng kiến thức học trường, thời gian thực tập xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro, với giúp đỡ tận tình Thầy Lê Đức Vinh, cán công nhân viên thuộc liên doanh dầu khí Vietsovpetro bạn bè giúp tơi hoàn thành đồ án tốt nghiệp thời hạn với đề tài “MÁY BƠM SULZER MSD-D-4-8-10 ½ DÙNG TRONG VẬN CHUYỂN DẦU TẠI MỎ BẠCH HỔ” Nội dung đề tài gồm chương Chương 1: Giới thiệu chung bơm vận chuyển dầu xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro Chương 2: Lý thuyết chung bơm ly tâm Chương 3: Cấu tạo nguyên tắc hoạt động bơm MSD-D-4-8-10 ½ Chương 4: Vận hành, kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa máy bơm MSD-D-4-810 ½ Chương 5: Lựa chọn chế độ làm việc máy bơm MSD-D-4-8-10 ½ giàn MSP-03 mỏ Bạch Hổ Hà Nội, ngày 04 tháng 06 năm 2010 Sinh viên Đinh Ngọc Tân Sinh viên: Đinh Ngọc Tân 2Lớp: Thiết bị dầu khí K51 Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BƠM VẬN CHUYỂN DẦU Ở XÍ NGHIỆP LIÊN DOANH DẦU KHÍ VIETSOVPETRO 1.1 Yêu cầu nhiệm vụ bơm vận chuyển dầu khí Do đặc điểm địa lý nước ta nên mỏ dầu khí mà xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro thăm dị khai thác nằm ngồi biển Vì việc lựa chọn bố trí bơm vận chuyển dầu điều cần thiết Hiện xí nghiệp khai thác hai mỏ Bạch Hổ mỏ Rổng khoảng cách hai mỏ khoảng 30 km Tại giàn cố định sau dầu khai thác lên từ giếng khoan đưa đến bình tách để xử lý cơng nghệ, sau dầu đưa đến bình chứa lắp đặt giàn khoan Để vận chuyển dầu từ hình chứa đến giàn cơng nghệ trung tâm số bơm trực tiếp tàu chứa người ta phải sử dụng thiết bị để vận chuyển Một phương pháp vận chuyển dầu sử dụng phổ biến ngành cơng nghiệp dầu khí phương pháp vận chuyển đường ống, so với phương pháp khác phương pháp có ưu điểm: Kết cấu đơn giản, an tồn sử dụng ảnh hưởng đến cơng trình bề mặt Khi vận chuyển dầu đường ống vấn đề đặt phải trì lượng dịng chảy ln ln lớn tổn thất lượng suốt chiều dài đường ống bao gồm tổn thất dọc đường tổn thất cục Để đảm bảo trình khai thác dầu giàn khoan liên tục tránh tình trạng dầu khai thác lên ứ đọng bình chứa làm ảnh hưởng đến cơng tác khai thác Để giải vấn đề phải lựa chọn máy bơm cho hợp lý, máy bơm sử dụng để vận chuyển dầu có đặc điểm riêng so với loại máy bơm ngành công nghiệp khác phải thỏa mãn yêu cầu sau: + Bơm làm việc có lưu lượng đảm bảo yêu cầu + Cột áp bơm đảm bảo Sinh viên: Đinh Ngọc Tân 3Lớp: Thiết bị dầu khí K51 Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp + Hiệu suất bơm cao + Bơm làm việc ổn định lâu dài + Máy bơm vận chuyển chất lỏng có độ nhớt cao + Dễ vận hành sửa chữa Hiện có nhiều loại máy bơm sử dụng cơng tác vận chuyển dầu khí như: Máy bơm piston, máy bơm ly tâm, máy bơm hướng trục, máy bơm phun tia…mỗi loại máy bơm có công dụng phạm vi sử dụng khác Trong cơng tác vận chuyển dầu khí người ta thường sử dụng máy bơm ly tâm so với loại máy bơm khác máy bơm ly tâm có ưu điểm sau: - Đường đặc tính bơm phù hợp với yêu cầu thay đổi mạng đường ống dẫn điều kiện vận hành riêng biệt - Bơm có phạm vi sử dụng lớn suất cao: + Cột áp bơm từ 10 đến hàng nghìn mét cột nước + Lưu lượng bơm từ ÷ 7000 m3/h + Cơng suất từ 1÷ 6000 kW + Số vịng quay từ 730 ÷ 6000 vịng/ phút Phần lớn số vòng quay trục bơm ly tâm tương ứng phù hợp với số vòng quay động điện tiêu chuẩn nên khơng cần phải có phận truyền động trung gian + Hiệu suất tương đối cao + Hiệu kinh tế cao 1.2 Tính chất hóa lý dầu thơ mỏ Bạch Hổ Tính chất hóa lý dầu thơ có ảnh hưởng đến chế độ làm việc độ bền bơm Nếu chất lỏng có tính axit gây nên tượng ăn mịn hóa học chi tiết bơm Với chất lỏng vận chuyển dầu thô mà ta cần phải biết tính chất Dưới tính chất dầu thơ mỏ Bạch Hổ - Nhiệt độ đông đặc dầu Đối với dầu thơ mỏ Bạch Hổ có nhiệt độ đơng đặc khoảng 29 ÷ 34 oC hàm lượng prafin 20 ÷ 25% Trong nhiệt độ mơi trường khoảng 23 ÷ 24 oC điều gây khó khăn cho việc vận chuyển - Độ nhớt Sinh viên: Đinh Ngọc Tân 4Lớp: Thiết bị dầu khí K51 Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Độ nhớt yếu tố quan trọng, thể chất chất lỏng Trong dòng chảy tồn lớp chất lỏng khác vận tốc, lớp có tác dụng tương hỗ lớp theo phương tiếp tuyến chúng Lực có tác dụng làm giảm tốc độ lớp chảy chậm Ta gọi lực ma sát t > 61oC 38oC < t < 61oC 30oC < t < 38oC t < 30oC µ = 0,06e-0,01t µ = 0,03e -0,04t µ = 3,47e-0,88t µ = 10,2e-0,16t Bảng 1.1.Kết thực nghiệm xác định độ nhớt dầu mỏ Bạch Hổ - Tỷ trọng Tỷ trọng dầu phụ thuộc nhiều vào độ nhớt thành phần dầu Trong suốt trình vận chuyển dầu nhiệt độ thay đổi dọc theo đường ống làm tỷ trọng thay đổi theo Tỷ trọng dầu mỏ Bạch Hổ 20 oC là: P20 = 840 (kg/m3) - Thành phần Dầu thô mỏ Bạch Hổ có hàm lượng lưu huỳnh thấp (nhỏ 0,1%) Tuy nhiên hàm lượng prafin cao khoảng 25% Thành phần prafin đa dạng bao gồm nhiều phần tử prafin có chiều dài mạch cacbon khác Dầu thô mỏ Bạch Hổ phần lớn prafin có mạch cacbon dài nhiệt độ bắt đầu kết tinh cao khoảng 48 oC Do thành phần đa dạng nên nhiệt độ kết tinh prafin không xác định Các prafin mạch dài kết tinh trước, prafin mạch ngắn kết tinh sau nhiệt độ thấp prafin kết tinh nhiệt độ khác Qua nghiên cứu cho thấy hàm lượng prafin kết tinh lớn khoảng 38÷43oC Sự phân tách prafin trình vận chuyển dầu ảnh hưởng đến thông số khác nhiệt độ, độ nhớt… 1.3 Các loại bơm ly tâm sử dụng công tác vận chuyển dầu mỏ Bạch Hổ Hiện giàn khai thác dầu khí Vietsovpetro sử dụng loại máy bơm ly tâm dùng cơng tác vận chuyển dầu như: SULZER MSD-D-4-8-10 ½ , HK- 200/210, HIIC- 65/ 35-500, JMGP, R360/150 GM3, GM-1… Sinh viên: Đinh Ngọc Tân 5Lớp: Thiết bị dầu khí K51 Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Dưới thông số kỹ thuật số loại bơm - Bơm SULZER MSD-D-4-8-10 ½ + Chất lỏng bơm Dầu thô + Nhiệt độ chất lỏng bơm 90oC ÷ 120oC + Lưu lượng bơm định mức 130 m3/h + Độ chênh áp 400 m + Hiệu suất bơm (theo khoảng hở API) 74% + Công suất bơm tiêu thụ (khi vận hành) 147 kW + Công suất bơm tiêu thụ lớn 182 kW + Công suất động 185 kW + Tốc độ bơm 2965 vòng/phút - Bơm HK-200/120 + Loại bơm HK + Lưu lượng bơm định mức 200m3/h + Áp suất bơm lớn 210m cột nước + Động loại chống cháy nổ BAO - 160 kW + Tốc độ động 2980 vòng/phút + Dòng điện định mức động 280 A + Làm mát nước nước biển (thường dụng nước bơm tuần hoàn) + Loại nhớt dùng bơi trơn ổ bi -80oC ÷ 400oC - Bơm HIIC -65/35-500 + Công suất động 160 kW + Tốc độ động 2961 vòng/ phút + Lưu lượng định mức bơm 65 m3/h + Áp suất bơm lớn 50 at Nhận xét: Hiện vùng mỏ Bạch Hổ sử dụng phổ biến loại bơm ly tâm yêu cầu cột áp lớn lưu lượng vừa phải dùng để vận chuyển dầu cho mỏ xa trạm rót dầu như: HIIC 65/35- 500 bơm SULZER Đây hai loại bơm làm việc có hiệu cao có nhiều ưu điểm cơng tác vận chuyển dầu Loại bơm không yêu cầu cột áp lớn mà yêu cầu lưu lượng bơm phải cao, dùng vận chuyển dầu với lưu lượng lớn điểm tiếp nhận tới Sinh viên: Đinh Ngọc Tân 6Lớp: Thiết bị dầu khí K51 Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp trạm rót dầu cách khơng xa dùng loại bơm 9MJQ, HIIC 4/400, NK- 200/70, NK-200/120… Qua nhận xét thấy việc vận chuyển dầu từ giàn với lưu lượng vừa phải, cột áp lớn xa trạm rót dầu thường sử dụng hai loại bơm: HIIC 65/35- 500 bơm SULZER việc nghiên cứu nâng cao hiệu sử dụng bơm SULZER cần thiết tơi chọn để làm đề tài tốt nghiệp CHƯƠNG LÝ THUYẾT CHUNG VỀ BƠM LY TÂM 2.1 Lý thuyết bơm ly tâm Trong thực tế muốn sửa chữa, chế tạo bơm ly tâm có hiệu cao phải nghiên cứu lý thuyết bơm ly tâm Sinh viên: Đinh Ngọc Tân 7Lớp: Thiết bị dầu khí K51 Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 2.1.1 Phương trình bơm ly tâm Quỹ đạo chuyển động phần tử chất lỏng qua bánh công tác phức tạp, để đơn giản tính tốn người ta giả thiết: - Số cánh dẫn bơm nhiều vô mỏng vô hạn - Chất lỏng làm việc chất lỏng lý tưởng (khơng có độ nhớt) Phương trình máy thủy lực cánh dẫn Ơle lập vào năm 1775 ta có cột áp lý thuyết bơm ly tâm Hlt: uc − u1 u1u 2u Hlt = (2.1) g Đa số bơm ly tâm đại đa số cánh bánh cơng tác có kết cấu lối vào phận dẫn hướng cho dòng chất lỏng lối vào máng dẫn chuyển động theo hướng kính nghĩa là: c1 ⊥ u1 α1 = 90o (hình 2.1).Để cột áp bơm có lợi (c1u = 0) phương trình là: u c 2u g Hlt = c2 w2 u2 a2 ß2 (2.2) w1 ß1 c1 a1 u1 c1 w1 a 90° ß2 Hình 2.1: Tam giác tốc độ cửa vào bánh cơng tác Trong đó: c : Vận tốc tuyệt đối u : Vận tốc vịng, có phương thẳng góc với hướng kính W: Vận tốc tương đối, có phương tiếp tuyến với biên dạng cánh dẫn α: Góc u c cu: Hình chiếu c lên phương u cm : Hình chiếu c lên phương thẳng góc với u β: Góc w phương u theo hướng ngược lại biểu thị góc bố trí cánh dẫn, β1 gọi góc vào, β2 gọi góc Sinh viên: Đinh Ngọc Tân 8Lớp: Thiết bị dầu khí K51 Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 2.1.2 Cột áp thực tế bơm ly tâm Phương trình bơm ly tâm thiết lập theo giả thiết: - Bánh cơng tác có số cánh dẫn nhiều vơ mỏng vơ hạn (coi dịng chảy song song với bánh công tác) - Chất lỏng làm việc lý tưởng không nhớt Đối với giả thiết thứ nhất, ta có vận tốc phân bố mặt cắt dòng chảy qua máng dẫn Đối với giả thiết thứ hai, ta bỏ qua tổn thất dòng chảy máng dẫn cột áp bơm tính theo phương trình (2.1) (2.2) gọi tắt cột áp lý thuyết Trong thực tế cánh dẫn có chiều dày định (thường ÷ 20 mm) số cánh dẫn có hạn (thường từ ÷ 12) gây nên phân bố vận tốc không mặt cắt dòng chảy tạo nên chuyển động xốy, dịng quẩn máng dẫn Mặt khác chất lỏng làm việc thực tế có độ nhớt định gây tổn thất định dòng chảy Vì ảnh hưởng thực tế mà cột áp thực tế bơm nhỏ cột áp lý thuyết Do mà cột áp thực tế bơm ly tâm H lt tính theo cơng thức: H = ε zηH H lt (2.3) εz : Hệ số kể tới ảnh hưởng số cánh dẫn có giới hạn đến cột áp Gọi hệ số cột áp, lý thuyết dịng xốy thực nghiệm năm 1931 viện sĩ Proskua xác định εz bơm ly tâm theo công thức: εz = - π z sin β2 (2.4) z: Số cánh dẫn bánh công tác ηH : Hệ số kể tới tổn thất lượng dòng chất lỏng chuyển động qua bánh cơng tác, phụ thuộc vào nhiều yếu tố (kích thước, kết cấu bánh cơng tác phận dẫn hướng…), gọi hiệu suất cột áp bánh công tác Thông thường bơm ly tâm ηH = 0,7 ÷ 0,9 Trường hợp kể đến ảnh hưởng số cánh dẫn có hạn đến cột áp, ta có cột áp lý thuyết tương ứng với số cánh dẫn có hạn H1: H1 = εz H lt (2.5) Theo (2.2) (2.3) ta tính cột áp thực tế bơm ly tâm: Sinh viên: Đinh Ngọc Tân 9Lớp: Thiết bị dầu khí K51 Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp H = ε zηH u c 2u g Đối với bơm ly tâm có kết cấu số vịng quay thơng thường thì: ε zηH c u = ε zηH c cos α ≈ ϕ u2 (2.6) Vì tính tốn gần xác định cột áp thực tế bơm theo công thức: u H = ϕ 2g (2.7) ϕ : Hệ số cột áp thực tế, phụ thuộc vào trị số ns theo bảng 2.1 sau: ns ϕ 50÷60 1,56÷1,24 60÷80 1,24÷1,71 180÷350 0,71÷0,51 350÷380 0,5÷0,33 Bảng 2.1 Qua (2.7) ta thấy cột áp bơm ly tâm tỷ lệ thuận với: - Đường kính ngồi bánh cơng tác - Số vịng quay trục bơm n - Thành phần tốc độ c2u tam giác vận tốc lối bánh cơng tác Lưu lượng số vịng quay định bánh cơng tác c 2u chủ yếu phụ thuộc vào góc bánh dẫn β2 - Nhưng thực tế kỹ thuật, khả tăng đại lượng hạn chế bới khả chống xâm thực bơm Đường kính ngồi bánh cơng tác trị số thành phần vận tốc c2u không lớn Nếu c2u lớn tổn thất lượng dòng chảy chất lỏng chuyển động qua bánh công tác lớn, ảnh hưởng xấu đến hiệu suất (tính kinh tế) Do đó, cột áp bánh cơng tác bơm ly tâm có hạn, trị số lớn thường nhỏ 250 mét cột nước Muốn cho cột áp bơm cao phải dùng nhiều cấp - Qua phương trình bơm ly tâm, ta thấy muốn cho cột áp bơm có lợi bánh cơng tác phải có số cánh dẫn phù hợp góc độ kết cấu cánh bơm hợp lý - Sau ta nghiên cứu cụ thể ảnh hưởng kết cấu cánh dẫn đến cột áp bơm Sinh viên: Đinh Ngọc Tân Lớp: Thiết bị dầu khí K51 10 Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 5.1 Sơ đồ lắp đặt hệ thống bơm vận chuyển dầu giàn MSP-03 mỏ Bạch Hổ Hình 5.1 Sơ đồ lắp đặt hệ thống bơm vận chuyển dầu giàn MSP-03 mỏ Bạch Hổ Máy bơm Sulzer MSD-D-4-8-10 /2 với thông số kĩ thuật sau: +Lưu lượng định mức(m3/h): 130 +Cột áp tối ưu : 400 m +Tốc độ quay : 2969 (vịng/phút) + Đệm làm kín mặt đầu dạng kép +Công suất máy bơm : 147kw +Cơng suất động điện là(KW): 185 5.2 Tính chọn chế độ làm việc Sinh viên: Đinh Ngọc Tân 59 Lớp: Thiết bị dầu khí K51 Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp -Lưu lượng dầu cần bơm ngày đêm : QYC = 2000 tấn/ngày đêm Khối lượng riêng dầu 0,8319tấn/m Suy ra: QYC =2000:0,8319 = 2400 m /ngày đêm Thời gian bơm ngày 24 Suy ra: QYC =2400:24=100 m /h -Hệ thống mạng dẫn : Gồm có đoạn ống hút đoạn ống đẩy: *Đoạn ống hút gồm có: + Đoạn ống hút riêng lắp bơm đoạn ống hút chung Chiều dài : L=5m Đường kính : D=114 m + Đoạn ống hút chung: Chiều dài : L=15m Đường kính : D=159 m *Đoạn ống đẩy gồm có: + Đoạn ống đảy riêng từ bơm đến đoạn ống đẩy chung Chiều dài : L=5m Đường kính : D=86 m + Đoạn ống đẩy chung : Chiều dài : L=2040m Đường kính : D=108 m 5.2.1 Tính tốn tổn thất đường ống 5.2.1.1.Đoạn ống hút Sinh viên: Đinh Ngọc Tân 60 Lớp: Thiết bị dầu khí K51 Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp *Đoạn ống hút riêng - Tổn thất dọc đường đoạn ống hút riêng từ bơm đoạn ống hút chung Vận tốc đoạn ống hút bơm: V= 4.Q πD (5.1) Với Q: lưu lượng bơm D: đường kính ống Trên đoạn ống hút riêng, Q lưu lượng bơm bơm, với số đo cột áp (2 bơm lắp song song), ta lấy lưu lượng Q ½ lưu lượng hệ thống: Q= 100 = 50(m / h) Thay vào : 4.Q V= πD = 4.50 = 1,36( m / s ) 3,14.3600.0,114 Hệ số Reynol: V D Re= ν Với ν : độ nhớt động học ν = 2,089.10 (5.2) − (m /s) V: vận tốc đoạn ống D: đường kính ống V D 1,36.0,114 Re= ν = 2,089.10 −6 =74217 Vậy 2320
![Từ bảng [5.2] ta vẽ được đồ thị đường đặc tính của bơm và mạng dẫn sau. - MÁY BƠM SULZER MSD-D-4-8-10 ½ DÙNG TRONG VẬN CHUYỂN DẦU TẠI MỎ BẠCH HỔ](https://media.store123doc.com/figures/002/828/bang-do-thi-duong-dac-tinh-mang-dan-2828389.png)
![Từ (5.9) ta có bảng [5.2] sau: - MÁY BƠM SULZER MSD-D-4-8-10 ½ DÙNG TRONG VẬN CHUYỂN DẦU TẠI MỎ BẠCH HỔ](https://media.store123doc.com/figures/002/828/tu-ta-co-bang-sau-2828390.png)