Обухов Семен Леонидович Начальник управления поддержания пластового давления ОАО «Удмуртнефть»

Колесников Дмитрий Владимирович Заместитель начальника Управления эксплуатации трубопроводов – Главный инженер УЭТ ПАО «Оренбургнефть»

Насосы с оппозитным расположением рабочих колес – это новое поколение оборудования, предназначенного для использования в системе ППД. По состоянию на 01 июня 2015 года наработка опытного ЦНСп240-1422-2ИТ, внедренного в ОАО «Удмуртнефть» в 2012 году, составляет 21312 часов. При этом достигнутые после установки технические характеристики соответствуют заявленным заводом-изготовителем значениям (рис. 1).

Установочные размеры и потребляемая ЦНСп-2401422 мощность позволяют заменять им ЦНС-180-1422 с электродвигателем мощностью 1250 кВт. Опыт показывает, что только заменой насоса можно увеличить производительность всего насосного агрегата примерно на 30%. В свою очередь сохранение электродвигателя прежней мощности позволяет значительно снизить удельное энергопотребление. Так, удельное потребление электроэнергии насоса ЦНСп-240-14222ИТ оказалось значительно ниже, чем у модернизированных насосов ЦНС-180/240-1422, установленных на КНС-1 Киенгопского месторождения (рис. 2).

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ НАСОСОВ С ОППОЗИТНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ РАБОЧИХ КОЛЕС

Наиболее распространенным способом уравновешивания осевой силы в насосах секционного типа на сегодняшний день остается автоматическое уравновешивание ротора с помощью специального узла разгрузки – гидропяты (рис. 3). Однако компенсация осевой силы с помощью гидропяты сопровождается значительными объемными потерями: до 10% перекачиваемой жидкости через трубопровод разгрузки возвращается на прием насоса.

Исключение узла гидроразгрузки привело к созданию насоса совершенно новой конструкции – с оппозитным расположением рабочих колес (рис. 4). В данной конструкции рабочие колеса одностороннего входа насаживаются на вал, причем одна группа колес направлена входными воронками противоположно входным воронкам другой группы (по  принципу «спина-к-спине»). В результате осевые силы обеих групп рабочих колес взаимно уравновешиваются, а остаточные осевые усилия воспринимаются упорным подшипником. За счет отсутствия гидропяты снижается удельное энергопотребление и увеличивается КПД насосов.

ОПТИМИЗАЦИЯ РАБОТЫ НАСОСНОГО АГРЕГАТА

В большинстве случаев рабочий интервал характеристик насосов типа ЦНС находится в пределах 0,81,2 номинальной производительности, что соответствует максимальному КПД насоса. Рабочий интервал ЦНСп-240-1422-2ИТ (рис. 5) смещен до пределов 0,51 номинальной производительности, в так называемую «левую зону» рабочего диапазона. Следовательно, максимальная производительность соответствует номинальной – 240 м³/ч. Такое ограничение объясняется тем, что мощности электродвигателя (1250 кВт  при Uном = 6000 В) недостаточно для эксплуатации насосного агрегата в «правой зоне».

Зачастую при эксплуатации насосных агрегатов качеству электроэнергии и величине напряжения, подаваемого на электродвигатель, не уделяется должного внимания. Между тем, оно далеко не всегда соответствует номинальному значению (6000 В для электродвигателей типа СТДМ-1250). Согласно «Правилам технической эксплуатации установок потребителей» подача напряжения для оптимальной работы электродвигателя должна находиться в пределах от 100 до 105% от номинального значения (6000-6300 В).

Энергетическая инфраструктура КНС-1 Киенгопского месторождения позволяет поддерживать на электродвигателях насосных агрегатов напряжение 6300 В. Такое увеличение напряжения в допустимых пределах позволило повысить производительность насосного агрегата ЦНСп-240-1422-2ИТ до 275 м³/час. Это стало возможным благодаря увеличению активной мощности в электродвигателе. Необходимую мощность на валу электродвигателя мы рассчитывали по формуле:

где Q – производительность насоса, м³/ч; H – напор насоса, м; ρ – плотность жидкости, кг/м³; η_нас – КПД насоса.

Напор насоса H определялся с учетом фактической плотности перекачиваемой жидкости (1135 кг/м³ – плотность закачиваемой КНС-1 подтоварной воды):

где P₂ – давление на выкидной линии насоса, Па; P₁ – давление на приеме насоса, Па; ρ – плотность жидкости, кг/м³. Далее высчитывалась активная мощность электродвигателя:

где U – напряжение, В; I – сила тока, А; η_эд – КПД электродвигателя; cos_φ – коэффициент мощности.

По рассчитанным параметрам была определена рабочая точка на рабочей характеристике насоса (рис. 6). Повышение напряжения до 6300 В позволяет эксплуатировать агрегат в «правой зоне» рабочего диапазона, не доступной ранее из-за недостатка мощности на валу. При этом не превышаются номинальные значения токовых нагрузок, температуры обмоток ротора и статора электродвигателя. Непрерывный автоматизированный контроль параметров работы насоса и электродвигателя ведется с помощью системы «АСКИР» (Автоматизированная система сбора и регистрации технологических параметров, рис. 7) и контроллеров типа ТРМ, что снижает вероятность отказов и гарантирует заявленный ресурс работы насоса и электродвигателя.

ПЕРСПЕКТИВЫ НАСОСОВ С ОППОЗИТНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ РАБОЧИХ КОЛЕС

В настоящий момент в ОАО «Удмуртнефть» реализуется программа внедрения ЦНСп-240-1422-2ИТ: на КНС-1 уже установлены четыре насоса с оппозитным расположением рабочих колес, в течение 2015 года ожидается поставка еще двух таких насосов. Все установленные насосы характеризуются высокими показателями энергоэффективности и надежности.

На июнь 2015 года запланировано начало опытно-промысловых испытаний насоса с оппозитным расположением рабочих колес ЦНСп-120-1422-2ИТ в ЦППД-1 ОАО «Удмуртнефть».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Внедрение энергосберегающих технологий для систем ППД // URL: http://neftegaz.ru/science/view/886
2. Насос ЦНС-240-1422-2ИТ. Руководство по эксплуатации.
3. Михайлов А.К., Малюшенко В.В. Конструкции и расчет центробежных насосов высокого давления. – М.: Машиностроение, 1971. – 304 с.
4. Правила технической эксплуатации установок потребителей. Приказ Минэнерго РФ от 13 января 2003 г. № 6 «Об утверждении Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей».