Блочные насосные установки для нефтяных месторождений
..pdfМИНИСТЕРСТВО НЕФТЯНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОРГАНИЗАЦИИ. УПРАВЛЕНИЯ И ЭКОНОМИКИ НЕФТЕГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
НЕФТЯНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
Серия «МАШИНЫ И НЕФТЯНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ»
Обзорная информация
БЛОЧНЫЕ НАСОСНЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Москва 1980
ВВЕДЕНИЕ
Основным направлением технического прогресса при обустройстве нефтяных месторождений является примене ние блочных и блочно—комплектных устройств, органично функционирующих в автоматизированном технологическом процессе добычи, подготовки и транспорта нефти. Приме нение блочных и блочно-комплектных устройств повыша ет индустриализацию строительства объектов нефтедобываю щего производства, дает возможность сократить сроки строительства технологических объектов, снижает капи
тальные затраты £ 1 ,2 ].
Во ВНИИСПТнефть разработан ряд автоматизированных блочных нефтяных насосных установок 6ННУ и станций 6ННС, предназначенных для внутрипромысловой перекачки нефти и подачи ее в магистральный трубопровод. Основным блоком БННУ и БННС является блок насоса БН. Разрабо тан ряд БН, обеспечивающих заданные подачу и давление в пределах параметрического ряда насосных установок и
станций.
В работе Г 1J впервые теоретически обоснованы основ ные принципы блочного строительства наземных сооруже ний нефтяной и газовой промышленности и рассмотрены ос-
©Всесоюзный научно-исследовательский институт организации, управление
иэкономики нефтегазовой промышленности (ВНИНОЭНГ), 1080.
новные принципы проектирования и конструирования блочно комплектных устройств.
Из элементов БННУ и БННС наиболее сложным в про ектировании, трудоемким в изготовлении и ответственным в эксплуатации является блок насоса. Поэтому рассмот рение положений, относящихся отдельно к блокам насосов, представляется актуальным.
В работе отражен опыт ВНИИСПТнефть по проектиро ванию блоков насосов с нефтяными насосами.
ОСНОВНОЕ ПОНЯТИЕ
Всвязи с тем, что в технической литературе отсутст вует однозначное определение понятия, "блок", и имеются расхождения в определении "блок насоса", представляет ся целесообразным предложить соответствующее определе ние.
Внекоторых работах дано определение блока как сово купности механизмов, машин, установок, приборов и т.п. или их частей (деталей), объединенных назначением, мес том расположения и т.д., установлены общие требования к конструированию, изготовлению, приемке и поставке бло ков газовой и нефтяной промышленности и дано определе ние технологического блока [3 ,4 ,5 ].
Как видно, в данных определениях "блока" общим приз наком является совокупность механизмов, приборов, сис тем и т.п., создающая определенное изделие.
Очевидно, что большинство "блоков" надо рассматри вать как изделие машиностроения. Отсюда следует, что основные требования, включенные в понятие "блок", в ма шиностроении выполняются, в том числе и условие транс портабельности.
Известно, что в последние годы большинство блочных и блочно-комплектных конструкций изготавливают на заводах и эта тенденция все более будет возрастать.
Подробное перечисление состава блока, как указано в [4 ,5 ], целесообразно для определения конкретного типа блочных конструкций. Например, для блоков насосов, блоков сепараторов и т.д.
В системе сбора, подготовки и внутрипромыслового тран спорта нефти нашло применение блочное оборудование с наи менованием: блок сепаратора; блок насоса; блок управления и т.д. В этих наименованиях указаны принадлежность к блоч ным конструкциям и. наименование основного технологическо го оборудования или основное назначение. Например, блок на соса, блок управления.
Учитывая конструкцию и назначение применяемых на неф тяных месторождениях блоков насосов, можно предложить следующее определение: блок насоса - это машиностроитель ное изделие, предназначенное для обеспечения заданной по дачи жидкости и состоящее из насосного агрегата с запор ной и регулирующей арматурой, а также систем (приборов),
обеспечивающих |
нормальную работу насосного агрегата и |
блока в целом, |
и установленное на основании с укрытием |
(или без укрытия).
В блоки насосов могут входить дополнительно подъемно транспортные устройства. Блоки насосов, в основном, эксп луатируют в составе насосных установок и станций, поэтому система автоматического управления (за исключением неко торых приборов) в состав блока насоса не входит.
Блочная нефтяная насосная установка состоит из одного или нескольких блоков насосов и автоматической системы управления. БННУ может функционировать в составе станции или другого комплекса.
Блочная нефтяная насосная станция представляет собой комплекс сооружений и оборудования и в общем случае со стоит из: сепарационной установки или буферной емкости, блоков насосов; блока замера и регулирования (установки сдачи товарной нефти); блока коллекторов; блока управле ния; оборудования электроснабжения (КТО, Р У ); блоков вспомогательного назначения; подъемно-транспортных уст ройств.
КЛАССИФИКАЦИЯ БЛОКОВ НАСОСОВ
Общая классификация блоков насосов. Блоки насосов, применяемые в системе сбора, подготовки и транспорта нефти можно разделить на две группы - основные и вспо
могательные. К вспомогательным относятся блоки насосов, оборудованные для: водоснабжения, канализации, пожароту шения, для откачки утечек, для подачи реагента и т.д.
Вспомогательные БН строят как на базе основных блоков насосов с необходимыми изменениями и оборудованием в зависимости от назначения, так и отдельно.
К основным относятся блоки насосов, предназначенные для перекачки нефти и нефтепродуктов.
Предлагаемая общая классификация основных блоков на сосов представлена на рис.1.
В дальнейшем будут рассмотрены блоки насосов с неф тяными насосами и относящиеся к ним элементы общей классификации.
- Классификация блоков насосов по составу. Наибольшее распространение получило моноблочное исполнение БН, обес печивающее наилучшую компоновку и транспортабельность. При соединении моноблоков друг с другом образуется зда ние, при этом снимают боковые стеновые панели блоков. Такая схема сборки насосных станций из моноблоков полу чила наибольшее распространение для блочных нефтяных на сосных станций. Подобная компоновка станций улучшает ус ловия эксплуатации, позволяет объединить многие вспомога тельные системы станции, уменьшить площадь застройки.
Сочлененные блики насосов применяют редко. Их выполня ют по схеме: головная секция - прицепная секция. В при цепной секции находится вспомогательное оборудование и
системы обслуживания головной секции. Каждую секцию транспортируют отдельно. В отличие от моноблоков при соединении секций на месте эксплуатации необходимо вы полнять дополнительные работы.
Классификация блоков насосов по числу и расположению насосных агрегатов. Выбор схемы расположения и числа насосных агрегатов зависит от габаритов насосного агре гата и блока насоса. Насосы с подачей до 2 0 0 м^/ч и напором до 400 м можно устанавливать по два агрегата
в блоке. При этом ширина блока насоса может быть |
до |
|
3 2 5 0 мм и длина не более 1 2 0 0 0 мм. В настоящее |
вре |
|
мя серийно выпускают БН с двумя насосами |
ЦНС 105. В |
|
этих блоках насосные агрегаты расположены |
вдоль |
оси |
блока в 2 ряда. В отдельных блоках насосов, разработан ных во ВНИИСПТнефть, два насосных агрегата расположе ны вдоль оси блока в один ряд.
Наибольшее распространение получили БН с одним на
сосным агрегатом. Это объясняется тем, что, во-первых, такие БН облегчают создание более совершенной компонов ки; во-вторых, насосные агрегаты с подачей более 2 0 0 м ;э/ч имеют большие габариты и массу. БН с одним насосным агрегатом позволяют компоновать установки и станции оп ределенной производительности без лишнего резерва.
Встречаются также блоки насосов со смешанным рас положением насосных агрегатов, когда один из двух на сосных агрегатов расположен поперек оси блока.
Классификация блоков насосов по наличию у к р ы т и я . Бло
ки насосов, эксплуатируемые в районах с умеренным и хо лодным климатом, имеют укрытие вагонного типа нормаль ного железнодорожного габарита. Укрытие состоит из кар
каса и ограждающих панелей. Блоки насосов могут |
иметь |
|
укрытия полуоткрытого и открытого типов: без крыши; |
с |
|
крышей; под навесом; насос в кожухе. В настоящее |
время |
|
полуоткрытые и открытые блоки насосов эксплуатируют |
в |
|
основном в районах с умеренным и жарким климатом. |
|
Классификация блоков насосов по габаритной длине и_ массе. Современные блоки насосов имеют различную длину. Например, БН с двумя насосами ЦНС 105 имеет длину
580 0 мм, а БН с |
насосами НК 2 0 |
0 / |
1 2 0 -(7 0 ,1 2 0 ,2 1 0 ), |
расположенными вдоль оси в один ряд, |
имеет длину |
||
100 0 0 мм. Блок |
насоса с насосом |
НС 5 0 0 -7 2 0 имеет |
|
длину 120 00 мм. |
|
|
|
Поэтому условно можно классифицировать блоки насосов по длине, так как они могут быть выполнены любого проме жуточного размера. Наибольшая габаритная длина блоков насосов регламентируется условиями перевозки по железной дороге - не более 12 м. Для БН по габаритной длине при нят типовой ряд: до 6; 6 -9 ; 9 -1 2 м. Такой ряд длин ук рытия обеспечивает возможность применения унифицирован
ных панелей длиной 2; 2,5 и 3 м.
Так как блоки насосов имеют различную длину, а массы насосных агрегатов изменяются в широких пределах, то и массы БН будут изменяться в широких пределах. Классифи кация блоков насосов по массе тоже условна, так как БН могут быть выполнены с любой промежуточной массой. Для БН можно рекомендовать следующий ряд: до 20; 2 0 -6 0 ; свыше 60 т.
Классификация блоков насосов по параметрам. БН могут функционировать в составе насосной установки или станции.
Их применяют также для наращивания мощности насосных установок и станций. Нефтяные насосы имеют широкий диа пазон подач и давлений. В различных технологических схе мах сбора, подготовки и транспорта нефти давление на входе в насос и на выходе из него изменяется в широких преде
лах. |
Так, |
например, при перекачке продукции нефтяных сква |
|
жин |
после |
первой ступени сепарации, давление, на входе в |
|
насос, в основном, не превышает 6 кгс/см3 . Но в ряде |
|||
случаев для |
транспорта нефти требуется применение насосов |
||
с давлением |
на входе до 25 кгс/см3 . Из приведенных фак |
торов видно, что блоки насосов можно классифицировать по следующим параметрам.
1.Блоки насосов, обеспечивающие подачу:
до |
2 0 0 |
м3 /ч (4 8 0 0 |
м3/сут); |
|
от |
200 |
до 500 |
м3 /ч |
(4 8 0 0 до 12 0 0 0 м3 /сут); |
от 500 |
до 1000 |
м3 /ч (1 2 0 0 0 до 24000 м3 /сут). |
- 6 -
П. Блоки насосов, обеспечивающие давление на выходе из насоса (блока):
до 25 кгс/см^; От 25 до 40 кгс/см^;
от 40 до 64 кгс/см^; от 64 до 100 кгс/см^.
ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К БЛОКАМ НАСОСОВ
На основе анализа методов конструирования, изготовле ния и результатов эксплуатации блоков насосов и станций можно составить основные технические требования, предъяв ляемые при проектировании блоков насосов. Требования обоб щены для блоков насосов, предназначенных для эксплуата ции в районах с умеренным и холодным климатом.
1.Применение блоков насосов как в составе насосных установок, так и в составе станций, в любых технологичес ких схемах сбора, подготовки, транспорта нефти на нефтяных месторо ждениях.
Возможно применение БН и на других объектах транс порта нефти и нефтепродуктов.
2.Обеспечение заданных подач и давления параметри ческого ряда станций (установок) путем увеличения коли чества параллельно или последовательно соединенных БН, т.е. для выполнения этого требования необходимо создать ряд блоков насосов.
3.Условия эксплуатации
Перекачиваемый продукт .................... |
|
Обводненность ....................................... |
|
Вязкость, см -/с .................................. |
|
Температура перекачиваемого |
про- |
ор |
|
дукта, С- ............................................... |
|
Содержание механических примесей
по весу, % .............................................
Размер механических примесей, мм...
Содержание свободного газа, %
Температура окружающего воздуха, С
Режим работы .......................................
Напряжение питания электродвигате
лей, В ..................................................
Напряжение питания приборов, В........
Нефть и нефтепродукты Не ограничивается
До 2
От +5 до +45
До 0,2
0,2
Не более 3 От -6 0 до +40
Автоматический в составе установки или станции
220/380, 600, 6000
220
Согласно 6СН8-73 "Временные указания по классифи кации основных производств (отдельных помещений) и со оружений нефтяной промышленности по их пож^ро- и взры воопасности" блоки насосов должны отвечать Требованиям, предъявляемым к взрывоопасным установкам класса В -1 а по ПУЭ, где по условиям работы возможно образование взрывоопасных смесей 1 и П категорий групп Б и Г (2ТЗ (2 Г ) по ПИВРЭ и ПУЭ).
Согласно СНИП' 1 1 -М 2 -7 2 "Лроизводствейные здания промышленных предприятий. Нормы проектирования" катего рия по пожарной опасности - А*
4.В блоках насосов должны быть применены насосные агрегаты с нефтяными насосами с приводом от взрывобез опасных электродвигателей,
5.В блоках насосов должна быть установлена^ запор ная и регулирующая арматура, обеспечивающая управление насосом и защиту от превышения (понижения) давления на входе в насос и от обратной волны жидкости. Должна бытьсистема сбора и откачки утечек через уплотнения вала насоса,
6.Блок насоса должен иметь укрытие. Для повышения теплозащитных свойств укрытия применяют панели с лег кими утеплителями. Основание блока насоса должно быть изготовлено из стали, возможно применение и других ма териалов. Укрытие блока насоса должно позволять соеди нение с другим блоком насоса для образования общего зда ния - насосной. При соединении блоков насосов образуется единое здание, что улучшает условия эксплуатации и обслу живания агрегатов и приборов. При достаточной надежности насосного агрегата, арматуры и приборов, способных рабо тать в различных районах, возможно применение полуоткры тых и открытых компоновок БН.
7.В блоках насосов должно быть предусмотрено: есте ственное и электрическое освещение; приточно-вытяжная система вентиляции; отопление, температура воздуха в бло ках должна быть в пределах от +5 до +40°С ; система виб роизоляции насосного агрегата для снижения уровня вибрации.
8.В блоках насосов должны быть установлены приборы контроля и сигнализации, элементы управления насосным
агрегатом и блоком в целом в зависимости от уровня ав томатизации станции. Обязательно должны быть приборы контроля давления насоса, температуры подшипников на сосного агрегата, температуры внутри помещения, контро ля затопления помещения нефтью в случае разрыва трубо проводной обвязки насосного агрегата, контроля загазован ности внутри-блока насоса. Для автоматического управления насосным агрегатом необходимо применять задвижки с электроприводом, посты ручного управления электрозадвиж кой и насосным агрегатом должны быть установлены в бло ках насосов. Кроме того, для контроля возникновения по жара в блоке устанавливается датчик ДПС-038, входящий
всистему пожарной сигнализации.
9.Кабели должны быть проложены в стальных трубах и
все соединения в пределах блока насоса, а также между блоками насосов и управления должны осуществляться с по мощью разъемов (клеммных коробок).
10. Блок насоса должен отвечать требованиям санитар ных норм проектирования, правил техники безопасности, пожаро- и взрывобезопасности. Эти требования, применитель но к блочным конструкциям, недостаточно освещены в [6,7, 8 ,9 ,1 0] и требуют уточнения.
11. В блоке насоса должно быть предусмотрено подъем но-транспортное устройство для подъема и перемещения де талей и сборочных единиц насосного агрегата и его трубо проводной обвязки при техническом обслуживании и ремонте, а также для извлечения из блока насосного агрегата при ремонте или его замене.
12. Транспортирование, монтаж и ввод в эксплуатацию блока насоса должны осуществляться без его разборки. До пускается снятие отдельных приборов контроля и автомати зации, а также элементов системы вентиляции.
13. Размеры и масса блоков насосов должны вписывать ся в нормальные габариты транспортирования. Перевозка БН должна осуществляться по железной дороге с нормаль ным габаритом перевозки, по автомобильным дорогам на автомобильных транспортных средствах. При использовании водного и воздушного транспорта габариты блока насоса (индивидуальный проект) могут быть изменены. В районах