Производственно-технический нефтегазовый журнал
+7 (903) 580-85-63 +7 (495) 371-01-74 info@glavteh.ru

О повышении энергоэффективности насосного оборудования для систем ППД

В целях повышения энергоэффективности насосного оборудования для систем ППД 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 «ГМС Групп», подтверждена в ходе эксплуатации НС на нефтедобывающих предприятиях России и зарубежных стран.

07.03.2018 Инженерная практика №01/2018
Ставратий Анатолий Васильевич Заместитель генерального директора АО «Гидромашсервис»
Асташкин Даниил Олегович Менеджер по продажам АО «Гидромашсервис»
Обозный Александр Сергеевич Заместитель начальника отдела организации НИОКР ООО «УК «Группа ГМС»

Снижение энергоэффективности НС для систем ППД связано как c условиями эксплуатации и состоянием 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); эксплуатация без капитального ремонта в течение длительного периода; ухудшение напорной характеристики более чем на 10% от номинальной.

Вторая группа факторов включает изменение характеристик напорной сети, например, снижение приемистости нагнетательных скважин системы ППД и плановое снижение объемов закачки (перекачки) и, как следствие, регулирование параметров насоса задвижкой, со значительным дросселированием.

При наличии хотя бы одного из указанных факторов целесообразно провести обследование (энергоаудит) НС системы ППД.

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 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 необходимые 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, формируется ТЭО модернизации.

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).

Рис. 1. Усредненные показатели КПД до и после модернизации насосных систем ППД
Рис. 1. Усредненные показатели КПД до и после модернизации насосных систем ППД
Рис. 2. Поля рабочих характеристик ЦНС
Рис. 2. Поля рабочих характеристик ЦНС

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 типоразмерные ряды насосов на номинальные подачи 10, 30, 315, 500, 630 и 720 м3/ч (рис. 2). При этом насосы типа ЦНС-315 (рис. 3) по присоединительным размерам выполнены аналогично ЦНС180, что позволяет производить замену насоса в блоке с минимальными затратами на монтажные работы.

Для повышения эффективности работы насоса необходимо максимально приблизить точку максимальной эффективности работы насоса к требуемой рабочей точке системы. Зачастую, для решения этой задачи специалистам АО «Группа ГМС» приходится дорабатывать существующую проточную часть насоса или разрабатывать новую. Эта работа выполняется с применением самых современных методик и программных продуктов для проведения полного комплекса расчетов, включая 3D моделирование проточных частей (ANSYS CFХ, PumpLinx CFD), расчеты прочности, теплового состояния и динамики всей конструкции (ANSYS).

Рис. 3. Изменение типоразмера насоса с сохранением габаритов (ЦНС-315)
Рис. 3. Изменение типоразмера насоса с сохранением габаритов (ЦНС-315)

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.

Рис. 4. Модернизация БКНС
Рис. 4. Модернизация БКНС

Также на БКНС в ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ» 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 «ГМС Групп» поставляет 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).

Рис. 5. Направления модернизации насосов ЦНС
Рис. 5. Направления модернизации насосов ЦНС

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.

В решении задачи сохранения рабочих характеристик насоса в течение длительного времени принципиальную роль играет правильный выбор материального исполнения насоса. АО «ГМС Групп» предлагает своим заказчикам насосы в стандартном, износостойком, износо-коррозионностойком и дуплексном (супердуплексном) материальном исполнении (табл. 1).

Таблица 1. Варианты материального исполнения насосов
Таблица 1. Варианты материального исполнения насосов

В настоящее время все более широкое применение в насосах для систем ППД находят дуплексные стали. Благодаря двухфазной (аустенитно-ферритной) структуре дуплексные стали по сравнению с другими классами сталей обладают более высокой прочностью, позволяющей уменьшить массогабаритные 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 (pitting resistance equivalent number, PREN):

Для изготовления насосов в дуплексном исполнении используются стали, PREN которых составляет 28-30 и выше, а для изготовления насосов в супердуплексном исполнении – 40 и выше.

Насосы ЦНСп в супердуплексном исполнении работают на месторождениях ООО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь» и ООО «ЛУКОЙЛ-Коми». В ходе эксплуатации была подтверждена эффективность насосов, которая выражается в увеличенной производительности, меньшем удельном потреблении электроэнергии по сравнению со стандартными насосами.

СНИЖЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАТРАТ

Повысить эффективность НС для ППД можно также путем снижения эксплуатационных затрат, в том числе за счет внедрения более прогрессивных конструктивных моделей насосов, таких как ЦНСз, ЦНСп и ЦНСДп.

Рис. 6. Конструктивные особенности насоса ЦНСз
Рис. 6. Конструктивные особенности насоса ЦНСз
Рис. 7. Конструктивные особенности насосов ЦНСп
Рис. 7. Конструктивные особенности насосов ЦНСп
Рис. 8. Конструктивные особенности насосов ЦНСДп (BB5 по API610)
Рис. 8. Конструктивные особенности насосов ЦНСДп (BB5 по API610)

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).

В конструкцию насоса ЦНСз (рис. 6) включен пусковой подшипник с принудительной или картерной системой смазки, который позволяет повысить ресурс работы гидропяты. Снижение эксплуатационных затрат 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.

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 326012013 (API610/ISO 13709). Все насосы ЦНС, ЦНСз и ЦНСп типоразмеров 45, 63, 90, 120, 180, 200 и 240 максимально унифицированы между собой по присоединительным размерам.

В настоящее время для зарубежных проектов, в частности для Ближнего Востока, поставляются двухкорпусные насосы типа ЦНСДп (BB5 по API610). На наш взгляд, в перспективе эти насосы могут стать востребованными и со стороны российских заказчиков. 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. 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 ГОСТ326012013 (API610/ISO 13709).

Рис. 9. Насос ЦНСДп 240-1422 (Западная Курна-2, Ирак)
Рис. 9. Насос ЦНСДп 240-1422 (Западная Курна-2, Ирак)

Насосы ЦНСДп-240-1422 в супердуплексном исполнении были поставлены ПАО «ЛУКОЙЛ» для месторождения Западная Курна-2 в Ираке. Расход насоса составляет 286 м3/ч, напор – 1388 м, мощность электродвигателя – 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.

Рис. 10. Параметрические полноразмерные испытания насоса ЦНСДп 240-1422 на стенде
Рис. 10. Параметрические полноразмерные испытания насоса ЦНСДп 240-1422 на стенде
Рис. 11. Конструктивные особенности насосов ЦНС серии «3»
Рис. 11. Конструктивные особенности насосов ЦНС серии «3»

СНИЖЕНИЕ ПОБОЧНЫХ ЭНЕРГОЗАТРАТ

Ряд насосов АО «ГМС Групп» выпускаются без применения маслоустановки, что позволяет дополнительно снизить капитальные затраты на их изготовление. К таким насосам в частности относятся насосы ЦНС серии «3», оснащенные встроенными опорными подшипниками скольжения со смазкой перекачиваемой средой (рис. 11).

Следует иметь в виду, что насосы ЦНС серии «3» наиболее эффективно работают на чистых перекачиваемых средах. Для работы в загрязненных средах больше подойдут насосы, оснащенные подшипниками скольжения с картерной системой смазки.

Насосы ЦНСп с подшипниками на картерной смазке на параметры до 240 м3/ч, 1900 м включительно успешно эксплуатируются на месторождениях ПАО «ЛУКОЙЛ».

ЦЕНТР ПО РЕМОНТУ И МОДЕРНИЗАЦИИ НАСОСОВ ТИПА ЦНС

Специализированный центр по ремонту и модернизации насосов типа ЦНС создан на базе ЗАО «Нижневартовскремсервис» – предприятия, выполняющего широкий спектр производственных задач по предоставлению нефтесервисных услуг, изготовлению, ремонту, модернизации и обслуживанию насосного, компрессорного и нефтепромыслового оборудования.

ЗАО «Нижневартовскремсервис» выполняет следующие виды работ:

  • изготовление, ремонт и модернизация насосов для систем ППД;
  • изготовление емкостного, нефтепромыслового и нестандартного оборудования;
  • комплексное сервисное техническое обслуживание насосно-компрессорного оборудования;
  • капитальный ремонт нефтепромыслового и бурового оборудования;
  • сервисное обслуживание объектов котлонадзора и подъемных сооружений;
  • ремонт, поверка, монтаж и демонтаж КИП;
  • техническая диагностика нефтепромыслового оборудования.

Для оказания сервисных услуг и проведения ремонтных работ насосно-компрессорного оборудования ЗАО «Нижневартовскремсервис» обладает полноценной материально-технической базой, высококвалифицированным персоналом, необходимыми испытательными стендами. У предприятия налажены необходимые кооперационные связи с другими заводами-изготовителями АО «ГМС Групп», выездные ремонтные звенья оснащены передвижными механическими мастерскими на базе автомобилей высокой проходимости и оперативным транспортом.

Рис. 12. Внедрение насоса ЦНСп-180-1050-2 в ООО «ЛУКОЙЛ – Калининградморнефть»
Рис. 12. Внедрение насоса ЦНСп-180-1050-2 в ООО «ЛУКОЙЛ – Калининградморнефть»

Также у ЗАО «Нижневартовскремсервис» наработан опыт реализации множества проектов, направленных на техническое развитие предприятий нефтегазовой отрасли. В 2014 году завершена модернизация испытательного комплекса, где испытания насосов типа ЦНС и агрегатов на их основе проводятся полностью в соответствии с требованиями ГОСТ Р 6134-2007.

В заключение хотелось бы отметить, что АО «Группа ГМС» ведет непрерывную работу, направленную на создание новой техники, совершенствование типовых конструкций насосов, повышение надежности, ремонтопригодности, безопасности оборудования, 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.

Показать выдержки из обсуждения

ВЫДЕРЖКИ ИЗ ОБСУЖДЕНИЯ

Вопрос: Даниил Олегович, Вы сказали, что насосы ЦНС серии «3» АО «ГМС Групп» выпускаются без маслоустановки. Получается, что в данной комплектации должны использоваться двигатели, для которых она также не требуется?
Даниил Асташкин: Совершенно верно. Сегодня большинство двигателей нуждается в работе маслоустановки, но мы ведем работы с производителями двигателей в этом направлении, благодаря чему получены опытные образцы двигателей, для работы которых маслоустановка не требуется.
Вопрос: Какова мощность таких двигателей?
Д.А.: До 1800 кВт.
Вопрос: Возникали ли проблемы при эксплуатации насосов ЦНС серии «3», оснащенных встроенными опорными подшипниками скольжения со смазкой перекачиваемой средой, и с чем они были связаны?
Д.А.: Да, проблемы возникали. Поскольку эти насосы эффективно работают лишь в относительно чистых средах систем ППД.
Вопрос: Александр Сергеевич, скажите, пожалуйста, какой вид охлаждения у подшипников в насосах с картерной системой смазки?
Д.А.: Система охлаждения картеров подшипников – воздушная, но при необходимости предусмотрен подвод охлаждающей воды. Вода на охлаждение может подаваться из внешнего источника или со второй ступени насоса.
Вопрос: И второй вопрос. Все-таки вы уже много лет занимаетесь центробежными насосами. Мы сейчас дошли до определенного предела повышения КПД. Куда Вы нам посоветуете дальше развиваться для дальнейшего повышения эффективности? Может быть, кардинально менять конструкцию центробежных насосов?
Д.А.: Действительно при современном уровне проектирования проточных частей насосов трудно принципиально повысить КПД насоса. Работы в основном ведутся над тем, чтобы КПД оставался на высоком уровне в процессе эксплуатации как можно дольше. Все-таки основные запасы по увеличению эффективности скрыты в системе. Именно под систему, под характеристики гидравлической сети необходимо правильно подбирать насос.
Власов Владимир: Поэтому мы и предлагаем всем нашим потенциальным потребителям и клиентам, в случае заинтересованности, проведение энергоаудита насосных станций. Мы готовы направить своих специалистов на проблемные объекты, где оборудование работает неэффективно.
С рядом нефтяных компаний такая работа уже ведется и дает положительные результаты.
Комментарии

Эту публикацию еще никто не прокомментировал. Станьте первым, поделитесь своим мнением.

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
Подсистема интеллектуального контроля трубопроводов (ТСТ-ПИКЕТ)
Новые виды покрытий для нефтегазопроводных труб производства ГК «ОМК»
Реклама
Свежий выпуск
Инженерная практика №05/2018

Инженерная практика

Выпуск №05/2018

Промысловые трубопроводыМеханизированная добыча
Особенности и нормативная база в области эксплуатации и ремонта подводных трубопроводовДиагностика, мониторинг и обеспечение безаварийной эксплуатации промысловых трубопроводов, защитные покрытияПроектирование, строительство и ремонт стальных и полимерных трубопроводовОПИ глубинно-насосного оборудования и НКТ с защитными покрытиями, эксплуатация неметаллических НКТРеагенты и внутрискважинное оборудование для механизированной добычи нефти в осложненных условияхПодготовка нефти. Внедрение ГИС
Ближайшее совещание
Механизированная добыча, Трубопроводный транспорт
Коррозия 2018
Международная производственно-техническая конференция

КОРРОЗИЯ – 2018: Эффективные методы работы с фондом скважин, осложненным коррозией, эксплуатация промысловых нефтегазопроводов и водоводов в условиях высокой коррозионной активности

27-29 августа 2018 г., г. Казань, конференц-зал «Габдулла Тукай»
Задачей Конференции является обмен опытом и определение наиболее экономически и технологически эффективных решений и технологий в области работы с фондом скважин, осложненных коррозионным фактором и анализ применения современных методов и технологий для сокращения аварийности промысловых трубопроводов различного назначения в условиях высокой коррозионной активности.
Ближайший тренинг
Механизированная добыча
Эффективность механизированного фонда – июль 2018
Тренинг-курс

Повышение эффективности эксплуатации механизированного фонда скважин

23 – 27 июля 2018 г., г. Москва
Цель курса состоит в создании у слушателей комплексного и разностороннего представления о современной теории и практике работы с механизированным фондом скважин при решении ряда основных производственно-технических задач. Занятия проводятся с использованием новейших презентационных материалов и программных комплексов экспертами-практиками с большим производственным и научным опытом.