§ 9.5. ПРИМЕНЕНИЕ НАСОСОВ

Области применения и выбор типа и марки насосов

В нефтегазодобывающей промышленности насосы используют в следующих основных целях:

1) нагнетание жидкостей в пласты для их заводнения, заполнения жидкими углеводородами, гидроразрыва;

2) подъем жидкостей из скважин;

3) транспорт нефти, нефтепродуктов и сжиженных газов;

4) водоснабжение систем заводнения пластов, промышленных предприятий и коммунального хозяйства;

5) поддержание циркуляции жидкости:

для разрушения горных пород при бурении скважин и их очистки от выбуренной породы (буровые насосы);

для очистки скважин от песчаных пробок (промывочные насосы);

для депарафинизации скважинного и наземного оборудования,

при обработке призабойной зоны скважины кислотой и другими химическими

реагентами, при освоении скважин,

при подготовке и первичной обработке нефти (сепарация нефти и воды, обессоливание), в теплообменных аппаратах и устройствах, а также для охлаждения двигателей и

компрессоров,

для смазки машин и гидравлического уплотнения валов насосов и компрессоров;

6) приготовление и кондиционирование смесей (цементных и глинистых растворов, суспензий для гидроразрыва), подготовка воды для закачки в пласт, для питания паровых котлов и систем охлаждения;

7) цементирование скважин;

8) гидравлическая опрессовка трубопроводов и сосудов;

9) питание водой паровых котлов;

10) питание гидроприводов различных механизмов и оборудования (см.

При комплектации насосных установок исходят из ассортимента существующих насосов. Так же, как и другое оборудование, однотипные насосы выпускаются группами (размерными рядами). При этом предусмотрены графики, поля которых удовлетворяют требованиям потребителей данных насосов. Существуют размерные ряды буровых, центробежных, нефтяных и химических насосов, а также различных видов роторных насосов.

Для относительно малых расходов жидкости и больших давлений, как правило, предназначены возвратно-поступательные насосы, а для больших расходов при сравнительно низких давлениях - центробежные насосы.

Пример графика с полями однотипных насосов представлен на рис. 9.16. На нем указывают шифр насоса, частоту вращения вала, число ступеней. Подробные сведения и полная характеристика даются в каталогах изготовителей насосов. Сводные графики подач и напоров насосов, выпускаемых заводами СССР, содержатся в каталоге-справочнике [8].

Насосы выбирают по подаче и давлению (или напору). Если одной точке с координатами Q, Н соответствуют насосы разных типов, то возможные варианты сопоставляются по технико-экономическим показателям. В зависимости от назначения на­

соса и условий эксплуатации одному и тому же показателю придается различное значение. Например, при непрерывной работе насоса особенно важно, чтобы он имел высокий к. п. д. Стоимость электроэнергии или топлива в этом случае является решающим экономическим фактором. Если насос работает в условиях частых пусков и остановок, то большое значение придается постоянной готовности и удобству запуска. Насос установки, монтируемой на платформе транспортного средства (трактора, автомобиля, возимой тележки), а также предназначенный для перевозки воздушным транспортом, должен быть не только эффективным, но также легким и компактным и менее нуждаться в постоянном наблюдении и обслуживании.

Рис. 9.16. График полей однотипных насосов (ГОСТ 10168 - 75)

Паровые насосы имеют низкий к. п. д., однако при наличии пара, используемого для технологических целей, вариант применения парового насоса часто оказывается самым выгодным, особенно если учесть простоту регулирования и обслуживания этого насоса.

При перекачке с малым расходом неабразивных жидкостей предпочтение отдается роторным насосам. Они компактны и удобны в обслуживании, а их к. п. д. в связи с усовершенствованиями в насосостроении приближается к к. п. д. возвратно-поступатель­ных насосов.

При сопоставлении вариантов учитываются расходы по автоматизации регулирования и управления запуском и остановкой насосов. Центробежные насосы более удобны для регулирования, чем возвратно-поступательные, но их запуск более сложен из-за необходимости предварительного заполнения жидкостью.

Испытания насосов

Испытания насосов имеют целью:

1) получение характеристик;

2) проверку соответствия насосов требованиям и гарантиям;

3) определение показателей надежности, сроков и объемов ремонтных работ и потребности в запасных частях;

4) получение опытных материалов для модернизации насосов и совершенствования их производства.

На испытания установлены стандарты: для динамических насосов - ГОСТ 6134 - 71, для объемных - ГОСТ 17335 -79. Регламентированы виды испытаний (предварительные заводские, приемочные, типовые, испытания на надежность и др.), виды испытательных стендов и средства измерений, порядок проведения испытания, обработка, оформление и оценка результатов. Каждому виду испытаний соответствуют определенное содержание (состав) и определенное число испытываемых насосов одного типоразмера.

Измерения

Средства измерений выбирают так, чтобы относительная погрешность результата испытания была не больше предельной, установленной стандартом для данного вида испытания.

Частоту вращения вала или частоту циклов определяют тахометром или строботахометром, автоматическим счетчиком числа оборотов, частотомером и прибором для измерения скольжения электродвигателя, секундомером (при п≤ 2 с^-1). У электрона­сосов измеряют напряжение и частоту сети.

Для измерения подачи насоса используют сужающие устройства (сопла, диафрагмы), мерный бак, водослив, трубку Пито (в зависимости от условий испытания и размера насоса), а для измерения давления - манометры и вакуумметры.

Мощность насоса или крутящий момент определяют измерением электрической мощности двигателя (при использовании графика зависимости к.

Проведение испытаний

Снятию характеристик предшествует обкатка насоса в режиме, рекомендуемом ГОСТами. При снятии характеристики динамического насоса регулируют подачу, а для объемного насоса - давление на выходе. Регулировочную характеристику объемного насоса получают при номинальном давлении, изменяя регулируемый параметр (я, 5, давление пара) от минимального к 25, 50, 75 и 100% номинального его значения.

К а в и т а ц и о н н а я х а р а к т е р и с т и к а д и н а м и ч е с к о г о насоса - зависимость напора от кавитационного запаса при постоянной подаче (рис.

9.17, а). Графики характеристики строят для минимального, номинального и ма­ксимального Qв рабочем интервале подач (с отклонением не более 5 %). Кавитационный запас понижают изменением давления в баке стенда с помощью вакуум- насоса. Число точек в области от начала кавитации 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.

К а в и т а ц и о н н а я х а р а к т е р и с т и к а о б ъ ё м н о г о н а с о с а - зависимость подачи от вакуумметрической высоты всасывания при давлении насоса, равном номинальному и не превышающем 25 % от номинального (рис. 9.17, б). Число точек в области кавитации должно быть не менее 4.

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.

Для определения специальных показателей объемного насоса: снимают индикаторную диаграмму, определяют данные работы в режиме гидродвигателя; определяют объем внешней утечки, температуру элементов насоса, объем внутренней утечки при неподвижных рабочих органах; характер запуска без заполнения жидкостью («всухую»). Для динамического насоса: продолжительность работы при закрытой задвижке, данные работы в турбинном режиме, осевую силу и др.

Испытания н а надежность существуют двух видов: 1) контрольные и 2) определительные (ресурсные). Контрольные входят в состав других испытаний и служат для проверки показателей надежности, указанных в технической документации.

Рис. 9.17. Кавитационные характеристики насосов

При этом используется метод последовательного анализа, сущность которого состоит в том, что при длительной работе насосов на режимах, установленных программой испытания, фиксируют число отказов т и общее время работы испытываемых насосов до момента отказа( N-число насосов, проходящих испытания; tj - время работы

1

j- го насоса к моменту отказа). Затем подсчитывают так называемую «нормированную наработку»■ среднее время работы до отказа, указываемое в

технической документации. Испытание продолжается до получения результата испытания либо за «уровнем приемки», либо за «уровнем браковки» (рис. 9.18, а).

Кроме того, через равные промежутки времени определяют технические показатели насоса, а после испытания - степень изношенности элементов.

Определительные и с п ытания продолжают до возникновения необходимости капитального ремонта насоса или до его окончательного отказа.

Обработка результатов испытания

Согласно определению, давление насоса

учитывая, что в измерительных трубках, согласно закону Паскаля, р+ gpz = idem,

производя замены членов, получим формулы опытных

давления и напора насоса:

где р_м1, р_м2 - показания приборов, измеряющих давление на выходе и входе (при разрежении на входе р_м1 отрицательно); z- расстояние по вертикали между приборами; Q _оп - опытная подача; d₂, d₁- диаметры отводящего и подводящего

трубопроводов; F₂= ττd²₂/ 4.

Рис. 9.18. Графики испытаний насоса:

а - контрольного испытания на надёжность; б - рабочий график насоса; L- уровень звука; q- внешняя утечка; п_н - номинальный к. п. д.; р_н - номинальное давление на выходе из насоса; индексом «э» обозначены допускаемые величины; в - к определе­нию давления погружного насоса; г - полоса допускаемых отклонений, а - номина- ное значение напора, к. п. д.; 1, 2 - кривые, ограничивающие полосу допускаемых

отклонений

При испытании объёмного насоса последний (скоростной) член во внимание н принимается. Для насосов с давлением более 2,5 МПа, если ∖p_ju1∖