Повышение энергоэффективности процессов подготовки и перекачки жидкости с использованием насосного оборудования
В зависимости от типа оборудования насосы систем ППД могут состоять из восьми-пятнадцати ступеней (рабочих колес). Конструкция насосов позволяет в условиях ремонтных предприятий изменять их число и, до определенных пределов, диаметр (обтачивать колеса). При этом «новый» насос по своим характеристикам будет отличаться от базовой модели.
Изменение типоразмера и количества работающих насосов на КНС может применяться для оптимизации режимов работы станции, например, в случае ввода новых или консервации действующих нагнетательных скважин. Комбинируя различные способы соединения нескольких насосов со стальными клиновыми задвижками, изменяя число работающих насосов и рабочих колес на валу, уменьшая наружный диаметр рабочих колес путем их обточки, а также осуществляя дросселирование ЗКС задвижкой (задвижка стальная клиновая) на выходе, можно изменять суммарную напорную характеристику насосной станции и, соответственно, режимы ее работы.
Проведенные технико-экономические расчеты показали, что для минимизации эксплуатационных расходов необходимо не допускать снижения КПД насосов в процессе эксплуатации более чем на 7-8% для секционных центробежных насосов ЦНС 180-1422, а для ЦНС 500-1900 – более чем на 5-6%. При проведении капитального ремонта насосов его КПД должен увеличиваться на указанные величины.
Три составляющие проекта по энергосбережению
Эксплуатация секционных центробежных насосов, установленных на КНС, осложняется целым рядом факторов.
Так, наиболее уязвимой частью ЦНС является стандартное устройство разгрузки от осевых сил – гидропята, срок службы которой редко превышает 2 500 рабочих часов. Для других рабочих деталей (валов, рабочих колес, направляющих аппаратов и уплотнений) степень изношенности в наибольшей степени зависит от качества перекачиваемой жидкости: при работе с пластовой сеноманской водой средний межремонтный период составляет около 3 200 часов, с подтоварной водой – около 5 500 часов, с пресной поверхностной водой – около 10 000 часов.
Кроме того, высокий уровень вибрации оборудования, вызванный конструкционными особенностями как самих насосов, так и КНС, приводит к увеличению внутренних зазоров в насосах и ухудшению состояния основных деталей, а это, в свою очередь, влечет значительное снижение коэффициента полезного действия (средний КПД не превышает 62%) и негативно сказывается на энергопотреблении.
Наконец, проблемы возникают и при учете количества воды и определении необходимого давления закачки для каждого месторождения, поскольку качественное измерительное оборудование и регулирующие устройства имеются не везде.
Чтобы снизить общее энергопотребление насосной станции при требуемых объемах закачки и давлениях, необходимо:
- повысить КПД насоса;
- оптимизировать конструкцию и материальное исполнение насоса, чтобы сохранять высокий КПД в течение длительного срока работы;
- отработать схему выбора оптимального типоразмера насоса, чтобы обеспечить работу в режиме подач, близком к точке максимального КПД.
Широкомасштабная модернизация
Сегодня на объектах ОАО «Самотлорнефтегаз» при капитальном ремонте оборудования КНС проходит крупномасштабная модернизация насосов, направленная на увеличение срока их службы, повышение их надежности, ремонтопригодности и энергетической эффективности. Для реализации программы к работе была привлечена швейцарская компания Sulzer – ведущий разработчик и производитель насосного оборудования для нефтегазовой и других отраслей промышленности.
Среди предложенных изменений необходимо отметить следующие:
- изменена геометрия проточной части насоса;
- внедрены торцевые уплотнения, отвечающие требованиям API 682;
- увеличен ресурс межступенчатых уплотнений рабочих колес;
- оптимизирована конструкция гидропяты, что повысило ее надежность и сократило число протечек до приемлемого уровня;
- введена защита от перетоков по посадке рабочего колеса на вал для предотвращения размыва вала и скапливания продуктов эрозии, коррозии и других взвешенных частиц.
В частности, повысить КПД позволила оптимизация проточной части насосного оборудования. Применение отработанных компанией Sulzer усовершенствованных геометрий проточных частей насосов при использовании после повторной механической обработки корпусов старых насосов позволяет расширить рабочую зону по подаче, снизить вибрации насоса, увеличить его надежность и за счет более высокого КПД значительного сократить энергопотребление.
Для оптимизации конструкции и материального исполнения насоса было предложено использовать инновационные материалы и покрытия, а также провести ряд механических усовершенствований. В частности, для увеличения коррозионной и эрозионной стойкости насосного оборудования при изготовлении всех вращающихся деталей и направляющих аппаратов было решено применять дуплексную сталь, а все быстроизнашивающиеся части покрывать специально разработанными твердыми материалами, состав и технологию нанесения которых также разработала компания Sulzer. Механические усовершенствования коснулись конструкции системы разгрузки от осевых сил – здесь было предложено использовать запатентованное магнитное удерживающее устройство Permavor компании Sulzer, а также установить муфты мембранного типа и специальные уплотнения для предотвращения попадания в системы смазки перекачиваемой жидкости.
В результате такой модернизации ресурс работы насосов увеличился до 2,5 раз, а их КПД – на 5-10% в номинальном режиме, за счет чего удалось повысить и энергетическую эффективность оборудования.
Расчет энергосбережения: шаг за шагом
Расчет энергосбережения как для текущей ситуации, так и для будущих требований по закачке предусматривает сравнение количества энергии, потребляемого существующими и модернизированными насосами. Чтобы подсчитать текущее и будущее энергопотребление, необходимо иметь параметрические кривые этих насосов, по которым можно определить подачу и КПД при заданном напоре.
При этом нужно придерживаться следующего алгоритма. В первую очередь, нужно определить параметры модернизированных насосов, что несложно сделать, основываясь на параметрических кривых насоса, получаемых на стенде завода. Средние параметрические кривые (на одну ступень) необходимо создать и для существующих насосов, чтобы представить их рабочее поведение и оценить их текущую и будущую работу, а также доказать правомерность использования полученной модели для расчетов будущей работы насосов.
Наконец, необходимо сравнить энергопотребление установленных и модернизированных насосов при будущих потребностях в объемах закачки и требуемых для этого давлениях. Для этого полученные фактические данные подачи и напора (в пересчете на одну ступень каждого установленного насоса), а также КПД наносятся на график, и, таким образом, выводится средняя рабочая характеристика установленных насосов, приведенная на одну ступень.
Такой подход позволяет оптимизировать выбор насосного оборудования по типоразмеру и конструктивным особенностям с тем, чтобы обеспечить максимальную энергоэффективность работы при сохранении требуемых эксплуатационных параметров оборудования.
Оцените новость
5 из 5
рейтинг
рейтинг
1
голосов
голосов
12681
просмотров
просмотров
Понравилась новость?
Похожие новости: