Мясников Андрей Николаевич Руководитель направления ГНС REDA, «Шлюмберже»

Предлагаемые сегодня горизонтальные насосные системы REDA – это уже третье поколение насосных систем, выпускаемых «Шлюмберже». К основным конструктивным особенностям данной серии можно отнести наличие монолитной рамы, на которой установлена насосная секция из центробежного насоса, приемного и выкидного модулей, электро-, газопоршневого, либо дизельного двигателя (опционально), пластинчатой муфты, камеры упорного подшипника и торцевого уплотнения с системой смазки, очистки и охлаждения (рис. 1).

ГНС REDA отличаются широким диапазоном рабочих характеристик и высоким КПД (82-83%). Производительность установок составляет от 80 до 10000 м³/сут, давление в выкидной линии – до 450 атм, мощность двигателей – от 5 до 2000 кВт (рис. 2). Максимальная температура перекачиваемой среды может достигать 95°C в стандартном исполнении насоса.

ГНС производятся в соответствии с российским ГОСТ и международным стандартом API. В России ГНС применяются в основном для нагнетания воды в системе ППД месторождений, перекачки нефти, а также для перекачки конденсатов сжиженных газов.

ПРЕИМУЩЕСТВА ГНС REDA

ГНС REDA обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с другими видами насосов высокого давления, такими как вертикальные турбинные насосы, насосы с осевым разъемом корпуса и объемные (плунжерные) насосы. Для всех указанных типов насосов, включая ГНС REDA, мы провели сравнительные расчеты параметров работы и технических характеристик. Для оценки были выбраны следующие критерии: эффективность работы, срок службы, эксплуатационная гибкость, капзатраты на внедрение и адаптивность. Также оценивалась возможность замены как самой насосной секции во время эксплуатации, так и типоразмера электродвигателя без внесения дополнительных конструктивных изменений в конструкцию насосного агрегата. Результаты расчетов представлены в табл. 1. Как видно, ГНС REDA почти по всем показателям превосходит технологии компаний-конкурентов.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ГНС REDA

Все узлы насосов REDA выполнены из современных надежных материалов. Проточная часть ступени изготавливается из сплава коррозионно-стойкого высоколегированного чугуна (Ni-Resist, 5530), вал – из углеродистой стали (Monel K500 или Inconel 625, 718), концевые детали насоса и корпус – из различных модификаций углеродистой (8620, C1026) и нержавеющей стали (9 Cr-1 Mo, 316SS, 416SS). Для изготовления подшипников насоса мы используем абразивостойкие сплавы (карбиды циркония, кремния и вольфрама). Применяемые эластомеры поставляются компаниями Aflas, HSN и Viton.

Упорная камера в составе ГНС может включать до четырех разгрузочных подшипников, последовательно установленных в одном корпусе (рис. 3).

Камера заполнена маслом и монтируется на опорную стойку, которая жестко приварена к раме насоса для исключения появления негативных вибраций в процессе эксплуатации. Также камера оснащена радиально-упорными подшипниками. Конструкция back pull-out соответствует стандарту API-610 и обеспечивает быстрый доступ к уплотнению без необходимости съема насосной секции, входного модуля и трубопровода. Помимо этого, обеспечивается дополнительная опора подшипников и уплотнения.

Общая жесткая рама ГНС выпускается в трех типоразмерах в зависимости от мощности устанавливаемых насоса и двигателя (рис. 4). Хомуты насосной секции могут перемещаться по всей длине рамы, для того чтобы в случае необходимости можно было заменить насос на более производительный, с увеличенным напором. Высота осевой линии вала составляет до одного метра. Опорная стойка упорной камеры приварена к раме.

Семидюймовая пластинчатая муфта, соединяющая камеру упорного подшипника с электродвигателем, изготавливается в обычном или искробезопасном исполнении и соответствует стандарту API-610 (рис. 5). Фланцы выполнены из углеродистой и нержавеющей стали (ГОСТ 28919) .

Торцевые уплотнения бывают как некартриджные, так и картриджные: одинарные (для системы промывки), двойные, либо тандемные (рис. 6). Последние два используются для перекачки конденсата и сжиженного газа. Также применяются различные системы промывки, смазки или охлаждения, изготовленные по стандарту API 682.

На рис. 7 приведено сравнение ГНС REDA (слева) и одного из конкурентных аналогов (справа). Отметим, что в случае конструкции front pull-out (конкурентная технология) для доступа к уплотнению и подшипникам требуется проведение манипуляций с фланцами и насосом. В частности, для замены уплотнения или подшипников потребуются перемещение насоса, снятие фланцев и задвижек трубопроводной обвязки и, как следствие, перекрытие трубопровода высокого давления. При этом возможен контакт с рабочей средой. Металлическая гнутая конструкция опорной стойки создает опасность возникновения вибрации. Также отсутствуют масляные поддоны, что не отвечает экологическим требованиям.

Конструкция предлагаемой нами установки (back pull-out) позволяет производить быструю замену механического уплотнения без отсоединения фланцев насоса от трубной обвязки. Опорная стойка выполнена из сваренных листов металла. Таким образом, в целом данная конструкция представляется более практичной.

Техническое обслуживание горизонтальных установок REDA отличается простотой и сводится преимущественно к замене масла в упорной камере (с периодичностью раз в квартал), протяжке болтовых соединений и устранению утечек, но только если это необходимо и не регламентировано паспортными характеристиками. За счет возможности быстрой замены основных модулей простои оборудования сведены к минимуму. Также наша компания располагает хорошо развитой сетью сервисных центров и может производить обслуживание, ремонт и поставку запасных частей оборудования в максимально короткие сроки.

Системы REDA комплектуются согласно требованиям заказчика и соответствуют самым высоким стандартам качества и надежности, таким как ISO 9001, API Spec Q1, ISO TS 29001, ГОСТ Р.

ЗАВОД «ШЛЮМБЕРЖЕ» В Г. ТЮМЕНИ

Установки ГНС REDA производятся на заводе компании «Шлюмберже» в г. Тюмени. Строительство завода началось в 2004 году, а спустя два года состоялось официальное открытие первой производственной линии (рис. 8). Сейчас на заводе налажен выпуск насосных секций, гидрозащит, электродвигателей (как вентильных, так и асинхронных). Среди заказчиков – крупнейшие представители российской нефтяной и газовой промышленности.

В 2012 году были отгружены две первые горизонтальные насосные системы. В настоящее время производство ГНС включает в себя сварку и контроль надежности рамы, сборку и испытание насосных секций, лазерную центровку всех компонентов ГНС и проведение заводских испытаний с контролем производительности, давления нагнетания системы, мощности и замером вибрации. Также в рамках заводских испыта-ний выполняется проверка уплотнений, системы очистки и смазки, упорной камеры и системы маслоохлаждения (рис. 9, 10).

В 2014 году на заводе стартовала программа по импортозамещению и локализации производства различных узлов насосных агрегатов, в соответствии с которой доля отечественных компонентов к 2015-2016 году должна составить порядка 80-90%. На заводе в Тюмени были созданы собственные конструкторский и технологический отделы. К настоящему моменту полностью замещены такие компоненты, как электродвигатель, рама, торцевое уплотнение, приемный и выкидной фланцы (табл. 2). Все оборудование полностью отвечает стандартам REDA. Также прорабатывается возможность организации литейного производства на территории Российской Федерации.

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БЛОЧНОЙ ГНС НА БАЗЕ ЧРП

Важным направлением применения ГНС REDA остается внедрение блочных насосных станций для поддержания пластового давления. Типовая схема таких станций приведена на рис. 11. Станции поставляются в комплекте с системой управления на базе частотно-регулируемого привода (ЧРП), позволяющей регулировать расход с одновременным поддержанием давления на выходе ГНС REDA в заданных границах. Также реализованы функции местного (с панели шкафа управления) и дистанционного (из удаленной SCADA АСУТП) управления задвижками, установленными на входе, выходе насоса, байпасной линии, вентиляторами, нагревателями и др. Есть функция блокировки и противоаварийной защиты. В том числе с помощью СУ можно производить автоматический повторный пуск ГНС REDA, осуществлять автоматическое управление задвижками при запуске и останове ГНС. Отдельного упоминания заслуживает реализованная в СУ система контроля технологических параметров с функциями подачи сигнала в случае их отклонения от нормы, выводом рабочих характеристик и журнала сообщений на дисплей и возможностью архивирования истории параметров и признаков состояния ГНС с выгрузкой данных на съемный флеш-накопитель.

Комплекс технических средств системы управления блочной ГНС поставляется, в частности,  АО «СПИК СЗМА» (г. Санкт-Петербург) и включает в себя ЧРП и шкаф управления ГНС (рис. 12).

В зависимости от значения входного напряжения двигателя ЧРП может быть низкоили высоковольтным. В качестве низковольтного ЧРП используется стандартный общепромышленный привод производства компании Toshiba (Япония) или специализированная станция управления SCD, выпускаемая АО «СПИК СЗМА» с использованием силовых блоков и электронных плат Toshiba. Для высоковольтного ЧРП применяется привод фирмы TMEIC (Япония).

Шкаф управления, предлагаемый АО «СПИК СЗМА», включает сенсорную панель оператора с интегрированным в нее программируемым контроллером и модулями ввода-вывода сигналов производства Toshiba. К панели оператора по независимым интерфейсным каналам связи RS-485 подключаются ЧРП, счетчик электроэнергии, SCADA система АСУТП верхнего уровня.

В табл. 3 приведены основные сравнительные характеристики применяемых ЧРП. К отличительным особенностям станций управления SCD (в сравнении со стандартным частотным приводом) следует отнести расширенный диапазон отклонения входного напряжения: от -50 до +25% от номинального значения.

При необходимости размещения ЧРП вне помещения могут быть использованы станции управления SCD со степенью защиты IP54 и функционирующие при температуре окружающего воздуха от -60 до +50°С.

В шкаф управления блочной ГНС встроена цветная сенсорная графическая панель оператора OIS70 Plus производства компании Toshiba. Интерфейс указанной панели оператора представлен на рис. 13: показаны окна значений основных параметров и журнала сообщений, табло сигнализации, мнемознаки состояния оборудования, кнопки управления и др.

Помимо этого, совместно со специалистами АО «СПИК СЗМА» разработано базовое унифицированное прикладное программное обеспечение панели оператора блочной ГНС, которое включает интерфейс для настройки системы управления ГНС конкретного объекта в процессе пусконаладки и эксплуатации. Настройка СУ производится без привлечения специалистов разработчика и предусматривает ввод всех необходимых настроечных параметров ЧРП; диапазонов измерений и предельных значений параметров для сигнализации и блокировок; ввод временных задержек, количества срабатываний АПВ; а также выбор параметров, по которым должен производиться запрет пуска и/или аварийный останов и др.