KIOGE-2018
НазадСовременные энергоэффективные подходы к насосному оборудованию для систем ППД
В целях повышения энергоэффективности насосного оборудования для систем ППД АО «Сумский завод «Насосэнергомаш» совместно с АО «ГМС Групп» проводит энергоаудит насосных систем (НС) и выполняет на его основе и по заданию заказчика модернизацию НС, решая задачи создания оптимальной проточной части насоса для заданных параметров работы, восстановления и/или сохранения рабочих характеристик насоса, а также снижения эксплуатационных и побочных энергозатрат.
Проведение этих работ позволяет увеличить КПД, производительность и межремонтный период работы насосов, повысить надежность их эксплуатации, расширить потребительские свойства, снизить удельное энергопотребление и сэкономить средства на их производство и обслуживание.
Действенность методов повышения энергоэффективности, применяемых АО «Сумский завод «Насосэнергомаш»,подтверждена в ходе эксплуатации НС на нефтедобывающих предприятиях стран ближнего дальнего зарубежья.
Снижение энергоэффективности НС для систем ППД связано как с условиями эксплуатации насосного оборудования, так и с технологическими особенностями насосной системы. К первой группе факторов относятся работа в режиме недогруза (менее 70% от номинального расхода) и перегруза (более 120% от номинального расхода); регулирование подачи задвижкой со значительным дросселированием; эксплуатация без капитального ремонта в течение длительного периода; ухудшение напорной характеристики более чем на 10% от номинальной; перегруз электродвигателя по рабочему току.
Вторая группа факторов включает изменение характеристик напорной сети, например, снижение приемистости нагнетательных скважин системы ППД и плановое снижение объемов закачки (перекачки).
При наличии хотя бы одного из указанных факторов целесообразно провести обследование (энергоаудит) НС системы ППД.
Энергоаудит насосных систем
Цель энергоаудита НС заключается в разработке и реализации плана мероприятий по снижению энергопотребления НС и повышению их эксплуатационной надежности.
Для достижения данной цели необходимо решить ряд задач. Во-первых, это получение достоверных данных по техническому состоянию НС и требуемым параметрам сети. Во-вторых, необходимо провести полный анализ режимов эксплуатации насосов и объекта в целом. И, наконец, в-третьих, следует проверить соответствие установленного оборудования требованиям сети и определить возможность повышения его эффективности.
Эти задачи решаются, в частности, посредством анализа эксплуатационной документации и данных инструментальных замеров рабочих параметров насосного оборудования.
Результатом обследования должно стать значительное снижение затрат на электроэнергию и эксплуатацию НС, увеличение межремонтного периода (МРП) работы насосного оборудования и обеспечение приемлемого срока его окупаемости.
Энергетический аудит осуществляется в три этапа. На первом этапе проводится предварительное изучение объекта, определяются цели и задачи аудита, изучается документация, технические карты, оперативный журнал, журнал ремонтов насосного оборудования, входные и выходные параметры насосов и НС, а также параметры перекачиваемой среды.
Второй этап посвящен определению рабочих параметров насосного оборудования и режима работы НС непосредственно на объекте. Для этого выполняются инструментальные замеры, собираются данные АСУ ТП, проводится опрос специалистов предприятия и уточняются планы руководства.
На третьем этапе аудита полученная информация анализируется, и на основе результатов анализа выдаются рекомендации по снижению энергопотребления, формируется ТЭО модернизации, рассчитываются затраты и сроки окупаемости насосного оборудования.
Энергетический аудит и последующая модернизация объектов ППД были проведены на месторождениях в Западной Сибири и включали в себя следующие виды работ:
- обследование блочных кустовых насосных станций (БКНС), согласование необходимых напорно-расходных параметров закачки;
- определение оптимальных параметров работы насосов;
- изготовление ремонтных комплектов для модернизации;
- проведение капремонта насосов с применением комплекта модернизации;
- испытание и обкатка насоса на стенде;
- монтаж насоса на объекте, пусконаладочные работы (ПНР), ввод в эксплуатацию, проведение ОПИ;
- обслуживание в течение гарантийного периода, мониторинг технического состояния насосов.
В результате проведенных работ было достигнуто увеличение КПД и энергоэффективности работы НС системы ППД (рис. 1).
Создание оптимальной проточной части насоса
Сегодня на базе ЦНС-180 выпускается и поставляется на рынок целая линейка ЦНС на номинальные подачи от 45 до 240 м3/ч с одинаковыми присоединительными размерами. Помимо этого, разработаны новые типоразмерные ряды на номинальные подачи 10, 30, 315, 500, 630 и 720 м3/ч (рис. 2).
Для повышения эффективности работы насоса необходимо максимально приблизить номинальную точку работы насоса к требуемой рабочей точке системы. В том случае, если требуемая точка значительно отличается от оптимальной точки напорно-расходной характеристики (НРХ), специалисты АО «Сумский завод «Насосэнергомаш» изготавливают новую проточную часть насоса. Эта работа зачастую включает в себя также изготовление новых колес и направляющих аппаратов (НА), а в процессе ее проведения используются самые современные методики и программные продукты для проведения полного комплекса расчетов, включая 3Dмоделирование проточных частей (ANSYSCFХ, PumpLinxCFD), расчеты прочности, теплового состояния и динамики всей конструкции (ANSYS).
В качестве примера модернизации с обеспечением требуемой точки закачки можно привести насосы типа ЦНС-315 (рис. 3). По присоединительным размерам они выполнены аналогично насосам ЦНС-180, что позволяет производить замену насоса в блоке с минимальными затратами на монтажные работы.
Также на одной из обследованных БКНС была произведена замена насоса ЦНС 240-1900 на ЦНСп 240-1900 (200-2100) с доработкой параметров по результатам обследования (рис. 4). В результате удалось увеличить объем закачки на 19% при одновременном снижении энергопотребления на 14%. Экономия затрат на электроэнергию составила 5,36 млн руб./год.
Восстановление и (или) сохранение рабочих характеристик насоса
Еще один способ повысить энергоэффективность насосов для систем ППД заключается в восстановлении и (или) сохранении их рабочих характеристик.
В большинстве случаев АО «Сумский завод «Насосэнергомаш» рекомендует заказчику новое оборудование взамен старого, но бывают ситуации, когда заказчик делает выбор в пользу модернизации старого оборудования. В этом случае мы производим капитальный ремонт с применением комплектов модернизации, который включает замену рабочих колес (РК), НА, валов, торцевых уплотнений и др. (рис. 5).
Такой ремонт позволяет снизить энергопотребление, повысить надежность эксплуатации, а также расширить потребительские свойства насосов за счет установки в них сменных проточных частей. Например, в ЦНС-180 устанавливаются проточные части, рассчитанные на номинальные подачи 45, 63, 90, 120, 200 и 240 м3/ч, а также на другие нестандартные параметры.
В решении задачи сохранения рабочих характеристик насоса в течение длительного времени принципиальную роль играет правильный выбор материального исполнения насоса. АО «Сумский завод «Насосэнергомаш» предлагает своим заказчикам насосы в стандартном, износостойком, износо-коррозионностойком и дуплексном (супердуплексном) материальном исполнении (табл. 1).
Благодаря двухфазной (аустенитно-ферритной) структуре, дуплексные стали, по сравнению с другими классами сталей, обладают более высокой прочностью, позволяющей уменьшить массо-габаритные характеристики изделия, и повышенной стойкостью к коррозии, особенно к коррозионному растрескиванию, сплошной, точечной и контактной коррозии. Кроме того, для дуплексных сталей характерны высокая износостойкость и эрозионная стойкость, высокое сопротивление усталостному разрушению и низкие тепловые расширения.
Для относительной оценки коррозионной стойкости сталей принято пользоваться числовым эквивалентом стойкости к питтинговой коррозии (pittingresistanceequivalentnumber, PREN):
PREN= %Cr+ 3,3 × %Mo+ 16 × %N
Для изготовления насосов в дуплексном исполнении используются стали, PRENкоторых составляет 28-30 и выше, а для изготовления насосов в супердуплексном исполнении – 40 и выше.
Снижение эксплуатационных затрат
Повысить эффективность НС для ППД можно также путем снижения эксплуатационных затрат, в том числе за счет внедрения более энергоэффективных моделей насосов, таких как ЦНСз, ЦНСп и ЦНСДп.
В состав конструкции насоса ЦНСз входят пусковой подшипник с принудительной или картерной системой смазки, саморегулируемое гидравлическое разгрузочное устройство (гидропята) с возможностью установки твердосплавных колец, концевые уплотнения ротора торцового или сальникового типа с возможностью установки гидроциклонной системы очистки, а также опорные подшипники скольжения с принудительной либо картерной смазкой (рис. 6).
Кроме того, в конструкции насоса ЦНСз предусмотрены специальные наплавки и покрытия изнашиваемых поверхностей, оптимальное соотношение лопастей РК и каналов НА, обеспечивающих минимальную виброактивность насоса и унификацию по размерам ЦНС-240, 180, 120, 90, 63, 45. Снижение эксплуатационных затрат для насосов ЦНСз достигается, в первую очередь, за счет продления МРП.
В насосе ЦНСп РК расположены оппозитно («спина к спине»), что позволяет разгрузить ротор от осевых сил и исключить из конструкции насоса гидропяту. Специальные материалы и покрытия деталей щелевых уплотнений гарантируют повышенную стойкость к размыву и износу.
Центральная дроссельная втулка улучшает динамику ротора, особенно при большом количестве ступеней. Даже при износе щелевых поверхностей остаточная осевая сила практически не меняется, благодаря запатентованной конструкции насоса (рис. 7).
Насосы данного типа по основным параметрам полностью соответствуют требованиям ГОСТ 32601-2013 (API610/ISO13709). Предусмотрена унификацияпо присоединительным размерам к фундаменту и патрубку на входе ЦНС 45, 63, 90, 120, 180, 240.
В настоящее время для зарубежных проектов, в частности для Ближнего Востока, поставляются двухкорпусные насосы типа ЦНСДп (BB5 по API610) (рис. 8). На наш взгляд, в перспективе эти насосы могут стать востребованными и со стороны заказчиков постсоветского пространства. Извлекаемый внутренний корпус картриджного типа сокращает время сервисного обслуживания на месте эксплуатации, поскольку позволяет произвести ремонт без демонтажа основного корпуса и трубопроводов.
Наружный корпус рассчитан на максимальное давление насоса, а опоры по оси обеспечивают устойчивость к влиянию температур и нагрузок на патрубки. Оппозитное расположение РК позволяет разгрузить ротор от осевых сил и исключить из конструкции насоса гидропяту. Индивидуальное крепление каждого РК закладным кольцом и шпонкой защищает от осевых и радиальных перемещений. Сменные кольца корпуса и РК с применением специальных покрытий гарантируют повышенную стойкость к размыву и износу, а также удешевляют ремонт насоса. Насосы ЦНСДп полностью соответствуют требованиям ГОСТ32601-2013 (API610/ISO13709).
Насосы ЦНСДп 240-1422 в супердуплексном исполнении были поставлены для месторождения Западная Курна-2 в Ираке. Расход насоса составляет 286 м3/ч, напор – 1388 м, мощность – 1780 кВт. Насос полностью укомплектован на общей раме с электродвигателем, маслостанцией и системой КИПиА (рис. 9). Смазка подшипников осуществляется принудительно, привод маслонасоса производится от вала основного насоса, масло охлаждается посредством воздушного теплообменника.
В заключение хотелось бы отметить, что АО «Сумский завод «Насосэнергомаш» ведет непрерывную работу, направленную на создание новой техники, совершенствование типовых конструкций насосов,повышение надежности, ремонтопригодности, безопасностиоборудования, увеличение срока его службы.Мы решаем задачи любой сложности по созданию современного насосного оборудования высокого технического уровня под индивидуальные требования заказчика и открыты для предложений по сотрудничеству.
ИЛЛЮСТРАЦИИ