Sulzer's article

Эффективность использования энергии является ключом для многих отраслей промышленности

Большая часть производимой в мире электроэнергии используется для приведения в действие насосов. Например, электроприводные насосы потребляют до 30% мощности, расходуемой для добычи нефти на существующих промыслах нефтяных месторождений Западной Сибири. Стоимость электроэнергии составляет 85% эксплуатационных расходов насосов для поддержания пластового давления (ПДД), установленных на этих нефтяных месторождениях. С ростом требований к энергосбережению и увеличению добычи нефти, конечные потребители ищут технологии насосов, позволяющие им достигать данных целей с минимальными капиталовложениями и максимальной окупаемостью.

В качестве ответа на эти вызовы по всему миру  компания Sulzer Pumps предлагает решения по усовершенствованию, реконструкции и модернизации, включая проверенные решения в России и для российских насосов, как в нефтегазодобывающей промышленности, так и в электроэнергетике.

Идея всех реконструкций и усовершенствований - это использование максимального количества исходного оборудования, и поддержание существующих рабочих параметров при достижении значительной экономии времени и расходов. Можно достичь значительных преимуществ в технологическом процессе, без всякого изменения или с незначительным изменением посадочного места оборудования, системы привода, энергоснабжения, присоединений, систем управления и КИП, и т.д.

Механические решения для насосов для поддержания пластового давления: новые и улучшенные детали показаны в цвете

В 1990-х годах компания Sulzer Pumps начала анализ работы насосов для поддержания пластового давления (ПДД), магистральных насосов (MOL) и питательных насосов для котлов (BFW) российского производства. Целью было разработать программу реконструкции и усовершенствования насосов, чтобы помочь конечным потребителям снизить эксплуатационные расходы за счет:

1) увеличения эффективности использования энергии для экономии энергии;

2) Увеличения надёжности насоса, используя при этом как можно больше оригинальных деталей, для увеличения средней наработки между обслуживаниями и ремонтами (MTBM) и снижения эксплуатационных расходов

Зная требуемые параметры, для снижения энергопотребления, необходимо достичь три главные цели:

• Оптимизировать гидравлику насоса для обеспечения высокого коэффициента полезного действия насоса
• Оптимизировать конструкцию насоса и материалы конструкции, чтобы сохранить высокий КПД на протяжении всего длительного эксплуатационного периода
• Оптимизировать режимы работы, чтобы эксплуатировать насосы близко к точке оптимального КПД (BEP)

Заказчик извлекает пользу из программ реконструкции и усовершенствования по-разному, как показывают следующие примеры.

Пример 1: Реконструкция и усовершенствование установленных насосов для поддержания пластового давления

Насосы для поддержания пластового давления на российских нефтяных месторождениях обычно представляют собой многоступенчатые, горизонтальные секционные насосы с рабочими колесами, установленными последовательно и разгрузочным устройством в виде гидропяты. Однако, конструктивно и по материальному исполнению такой тип насосов обычно не подходит для надёжной и экономичной работы в системах поддержания пластового давления. Степень износа рабочих деталей (например, валов, рабочих колес, направляющих аппаратов насоса и уплотнений) зависит от качества перекачиваемой жидкости (например, пластовой воды, поверхностной воды, промысловой воды) и оказывает основное влияние на срок службы этих деталей.

Наиболее чувствительной частью таких секционных насосов является стандартное устройство разгрузки от осевых усилий - а именно, гидравлическая пята. Увеличение внутренних зазоров насоса и плохое состояние основных деталей ведет к значительному снижению КПД. Это, в свою очередь, ведет к значительным потерям энергии и увеличению эксплуатационных расходов.

Концепция Sulzer по усовершенствованию данного типа насосов использует разработанную компанией Sulzer геометрию проточных частей насосов. Это значительно снижает потребление электроэнергии, благодаря увеличению КПД насоса. Для улучшения надежности насоса механическая конструкция включает в себя изменения гидравлической система разгрузки от осевых усилий с использованием не требующего обслуживания удерживающего устройства (Permavor®), запатентованного компанией Sulzer. Специальное удерживающее устройство Permavor® предотвращает касание и износ пяты и подпятника гидропяты при работе на низких оборотах, например, при пуске и остановке. Кроме того, особая конструкция торцевых уплотнений вала и специальные статические уплотнения корпуса подшипника предотвращают попадание воды в маслосистему.

Съемное устройство Permavor® с постоянными магнитами

Устройство Permavor® расположено с полевой стороны корпуса подшипника и вала. Внутренний магнитный носитель (2) и внешний магнитный носитель (1) имеют постоянные магнитные кольца (3). Магнитные кольца создают осевую подъёмную силу, предотвращая касание и износ диска/противодиска при работе на низких оборотах.

Новая проточные части новой геометрии и заново спроектированные детали встраиваются в подвергаемые повторной механическую обработке корпуса ступеней существующих насосов. Все вращающиеся детали, а также направляющие аппараты насоса изготавливаются из дуплексных нержавеющих сталей, чтобы увеличить сопротивляемость эрозии и коррозии, и таким образом увеличить среднюю наработку между капитальными ремонтами (более чем до 35 000 часов), а также обеспечить высокий КПД на протяжении всего срока службы. Все изнашиваемые детали имеют специальное покрытие, нанесенное при помощи материалов и по технологиям, разработанным компанией Sulzer.

Насос для поддержания пластового давления российского производства до и после модернизации компанией Sulzer.

Если известны прогнозы по требуемым объемам закачки и требуемым давлениям режим работы насосов можно оптимизировать для отдельных насосных станций и/или месторождений, выбрав соответствующей размер насоса и количество работающих насосов.

Преимущества такой реконструкции установленных насосов для ППД включают:

Значительное увеличение эксплуатационного ресурса насосов между капитальными ремонтами до более, чем 35 000 рабочих часов

Экономию электроэнергии примерно от 15 до 18% благодаря усовершенствованию геометрии проточной части насосов и дополнительное энергосбережение от 5 до 25 % за счет оптимизации режима работы.

Благодаря технической компетентности компании Sulzer в передовых решениях по  системам перекачки, такая реконструкция дает значительное улучшение рабочих параметров, надёжности и экономичности технологического процесса заказчика, обеспечивая быструю окупаемость капиталовложений.

Пример 2: Модернизация установленных магистральных насосов (MOL).

Большинство российских магистральных нефте- и продуктопроводов используют одноступенчатые горизонтальные насосы с осевым разъёмом с рабочими колесами двустороннего входа, установленные последовательно. Если объем прокачки по трубопроводу меняется значительно, работу установленных последовательно насосов не удастся полностью оптимизировать, т.e. насосы будут работать далеко от точки оптимального КПД. В сочетании с изначальным, относительно низким уровнем КПД, это может привести к увеличению энергопотребления и/или чрезмерному износу деталей насоса.

Теоретически, внедрение регулирования оборотов с использованием преобразователя частоты или гидравлической муфты, должно обеспечивать точную регулировку работы магистральных насосов, необходимую для повышения первоначального КПД насоса. Однако, на деле, такие решения могут оказаться слишком дорогостоящими или невозможными для реализации в пределах пространства существующей установки.

Компания Sulzer Pumps получила от конечного потребителя запрос на оптимизацию режима работы магистрального насоса, включая следующие особые требования:

Спроектировать различные роторы насоса для диапазона подач от 5 000 до 10 000 м³/ч. Эти новые роторы должны устанавливаться в один и тот же корпус, а все изнашиваемые детали должны быть взаимозаменяемыми для всех роторов.

Увеличить КПД насоса с, примерно, 81% до 88 - 89% и снизить энергопотребление.

Значительно улучшить надёжность насоса, чтобы снизить эксплуатационные расходы.

Для достижения этих целей инженеры компании Sulzer работали в тесном сотрудничестве с заказчиком, чтобы подготовить подробный план модернизации насоса и реализации последующих мероприятий по выполнению этих изменений. Существующая геометрия корпуса была оптимизирована так, чтобы можно было устанавливать роторы на различную подачу. Такое усовершенствование геометрии проточных частей обеспечивает значительную экономию энергии за счет повышения КПД. Конкретные результаты включают следующее:

Для ротора с номинальной подачей 10 000 м³/ч, КПД возросло с 80,8 % до 89,65 %. Такое увеличение КПД привело к экономии электроэнергии в объеме примерно 600 кВт.

Для ротора с номинальной подачей 8 000 м³/ч, КПД был увеличен с, примерно, 80,0 % до 89,28 %, что соответствует экономии электроэнергии в объеме примерно 500 кВт.

Для ротора с подачей 7 000 м³/ч, КПД увеличился с 78,0 % до 88,22 %, дав экономию электроэнергии в объеме примерно 500 кВт.

Кроме того, механическое усовершенствование насоса повысило его надёжность, тем самым, снизив эксплуатационные расходы. Усовершенствование включало в себя установку торцевых уплотнений конструкции Sulzer/Burgmann со специальной геометрией для магистральных насосов, и контуры уплотнений со встроенными циклонными сепараторами. Спроектированные компанией Sulzer радиально/аксиальные упорные подшипники с самоустанавливающимися сегментами (сегментного типа), с увеличенным эксплуатационным сроком службы, также способствовали увеличению надёжности насоса, и, следовательно, снижению эксплуатационных расходов.

Эти примеры демонстрируют технические возможности компании Sulzer по адаптированию любой марки имеющегося насосного оборудования к изменяющимся условиям эксплуатации, модернизируя механические и гидравлические системы на основе передовой технологии. Удовлетворяя требования по энергосбережению и повышению надежности, программы реконструкции и модернизации компании Sulzer помогают заказчикам повысить эффективность, увеличить среднюю наработку между обслуживаниями, снизить эксплуатационные расходы и затраты на техническое обслуживание.

Авторы:

Марк Бирнов

Итамар Ванделли