НАСОСНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель «Насосная установка» относится к области нефтедобывающей промышленности, преимущественно к добыче нефти в районах с холодным климатом, где необходима эксплуатация насосного оборудования при температуре окружающего воздуха до минус 60 градусов Цельсия.
В современной нефтедобывающей промышленности в насосном оборудовании, предназначенном для эксплуатации в районах с холодным климатом, для защиты от влияния низких температур, используются специальные хладостойкие стали, электротехнические материалы и резины.
Использование в конструкциях насосных узлов специальных материалов и сталей для защиты их от воздействия низких температур значительно удорожает оборудование.
Наиболее близкой по технической сущности является насосная установка, включающая насосные агрегаты, один из которых резервный, подключенная к трубопроводу с одним или более лупингами, по которому транспортируется жидкость, отсекающие задвижки и обратные клапаны, защищенная от влияния низких температур при эксплуатации в районах с холодным климатом путем размещения ее в укрытиях с подачей в них тепла, например, блоки насосной с системой обогрева электронагревателями, паром и т.п. (см. обзор Коломацкого В.Н. и др. Анализ работы бурового оборудования в условиях Западной Сибири, М., ВНИИОЭНГ, 1977).
Применение существующей конструкции насосных установок для эксплуатации в районах с холодным климатом, выполненной из обычных материалов и сталей, приводит к дополнительному расходу материальных средств и энергии на монтаж, эксплуатацию и поддержание в рабочем состоянии насосно-силового оборудования.
Цель полезной модели - повышение экономичности насосных установок обычного исполнения, эксплуатирующихся в районах с холодным климатом.
Цель полезной модели достигается тем, что насосные агрегаты установлены в трубопроводе и лупинге параллельно относительно друг друга между отсекающими задвижками в потоке перекачиваемой ими жидкости так, что между наружными поверхностями насосных агрегатов и внутренними стенками трубопроводов образован кольцевой зазор, насосные агрегаты снабжены датчиками температуры, связанными с отсекающими задвижками и обратными клапанами посредством патрубков с регулировочными задвижками, при этом площадь сечения кольцевого зазора или несколько больше площади входных отверстий насосного агрегата. Кроме того, необходимо отметить, что применение последовательного расположения насосов в трубопроводе усложняет конструкцию и эксплуатацию насосной установки, а также приводит к дополнительным потерям энергии на входе в насос, что требует некоторого дополнительного подпора для обеспечения бескавитационной работы насосов.
Последовательное соединение агрегатов в насосной установке требует наличия байпасной линии для возможности демонтажа одного из агрегатов для производства ремонтных работ, а также для избежания прокачки жидкости через неработающие агрегаты, что для насосов (особенно объемных) практически неприемлемо, т.к. снижает надежность насосов из-за появления дополнительных нагрузок на его узлы и детали, а также приводит к большим энергетическим потерям. Наличие байпасной линии требует, как это показано на прилагаемом рисунке, установку на них обратных клапанов, которые при работе насосных агрегатов (исключая первый по потоку) будет создавать дополнительные гидравлические сопротивления на всасывающей линии насосов, ухудшающие антикавитационные условия работы насосной установки. При этом, число обратных клапанов на всасывающей линии насосного агрегата будет равно m - 1, где m - порядковый номер агрегата по потоку. Также
надо отметить, что последовательное соединение насосных агрегатов (особенно при наличии более 2-х агрегатов) усложняет коммутационные системы поддержания заданного температурного режима резервного насосного агрегата (что наглядно видно из прилагаемого рисунка).
Величина площади проходного сечения кольцевого зазора выбрана из условия сохранения скорости течения жидкости, поскольку всякое изменение скорости приводит к дополнительным потерям, особенно увеличение скорости, т.к. потери энергии по длине канала прямо пропорциональны квадрату скорости течения жидкости в канале. Гидравлическое сопротивление в кольцевом зазоре больше по сравнению с сопротивлением в цилиндрической трубе того же сечения. Однако если принять коэффициет сопротивления в кольцевом зазоре λ=0,035 (см., например, Марцинковский В.А. Гидродинамика и прочность центробежных насосов, М,, Машиностроение, 1970, стр.51 (1) или рассчитать (см, Байбаков А.С., Карханьян В.К. Гидродинамика вспомогательных трактов лопастных машин, М., Машиностроение, 1982 (2) формулу и график на стр.43, 44), что дает для нашего случая аналогичный результат, то эта разность при V=1,5-2,0 м/с и коэффициента сопротивления трения в трубе λ=0,015-0,03 составляет незначительную величину, что не окажет заметного влияния на ухудшение экономических показателей установки в целом. Например, даже при самом неблагоприятном сочетании геометрических параметров площадей сечения и диаметров входных патрубков и проточных кольцевых каналов предложенной насосной установки, гидравлические потери напора, рассчитанные по формуле, приведенной в (2) на стр.45, дают величину, не превышающую (4-5)×10 МПа, что при рабочих давлениях промысловых насосов, равных 2,5-5,0 МПа, составит не более 0,1-0,2%.
На фиг. изображен общий вид насосной установки.
Установка содержит насосные агрегаты 1,2, трубопровод 3 с одним или более лупингом 4, задвижки 5-8, обратные клапаны 9, 10, патрубок 12, регулировочную задвижку 13 и датчики температуры 14.
Насосные агрегаты 1 и 2 расположены в трубопроводе 3 и лупинге 4 между отсекающими задвижками 5, 7 и 6, 8. Между наружной поверхностью насосных агрегатов и внутренней стенкой трубопровода или лупинга имеется пространство - кольцевой зазор 11, по которому движется жидкость, транспортируемая насосными агрегатами 1 или 2. Трубопровод 3 и лупинги 4 на участке между отсекающими задвижками 7, 8 и обратными клапанами 9, 10 соединены между собой патрубками 12 с регулировочными задвижками 13. Задвижка 13 связана с установленными на насосных агрегатах датчикам температуры 14. которые дают сигнал на открытие задвижки 13 при понижении температуры электронасосного агрегата 1,2 до минимально допустимой по условиям эксплуатации.
Насосная установка работает следующим образом. Например, нефть с последней ступени сепарации по трубопроводу 3 поступает на прием насосного агрегата 1 и, омывая насос и электродвигатель, по пространству - кольцевому зазору 11 между наружной поверхностью насосного агрегата 1 и внутренней поверхностью трубы транспортируется через задвижку 7 и обратный клапан 9 на головную НПС или сырьевые резервуары. При этом поток транспортируемой жидкости постоянно омывая насос и двигатель защищает их от воздействия низких температур, В то же время резервный насосный агрегат 2 находится в менее благоприятных условиях по сравнению с агрегатом 1, поскольку не находится в потоке транспортируемой жидкости, а лишь омывается ею со стороны насоса, что может привести к понижению его температуры ниже допустимой по условиям эксплуатации. Для поддержания необходимой температуры резервного насосного агрегата 2 осуществляется периодический перепуск части жидкости по патрубку 12 через пространство между наружной поверхностью насосного агрегата и внутренней поверхностью участка лупинга (или трубопровода). Регулирование продолжительности перепуска жидкости через резервный насосный агрегат 2 осуществляется датчиком температуры 14, который связан с задвижкой 13, установленной на перепускном патрубке 12. Датчик температуры 14 подает сигнал на открытие задвижки 13 при понижение
температуры резервного насосного агрегата 2 до минимально допустимой по условиям эксплуатации, а на закрытие задвижки 13 при достижении резервным насосным агрегатом заданного интервала температур.
Применение данной насосной установки в районах с холодным климатом при низких температурах окружающего воздуха имеет по сравнению с базовой установкой, являющейся прототипом, следующие преимущества:
- отсутствует необходимость в использовании специальных хладостойких сталей, электротехнических материалов и резины, которые удорожают конструкцию оборудования;
- отсутствует необходимость в строительстве насосных блоков с системой обогрева паром, электрическими нагревателями и т.п.;
- потери энергии в насосе и электродвигателе переходят в тепловую энергию, которая нагревает перекачиваемую жидкость, снижая ее вязкость и тем самым уменьшая потери энергии на ее транспорт.
- Это позволяет сократить затраты на сооружение насосных объектов в условиях холодного климата и снизить расходы на их эксплуатацию.