Фокус номера: Каспий
НазадОпыт создания насосов высокого давления для нефтяных месторождений Ближнего Востока
В.П. Переход, начальник управления ВЭД АО «Сумский завод «Насосэнергомаш»
О.В. Роденко, директор программы «Насосы ЦНС для ППД», Головной научно-технический центр,Филиал АО «ГМС ЛИВГИДРОМАШ» в городе Москве
Д.И. Витер, заместитель директора программы «Насосы ЦНС для ППД», Головнойнаучно-технический центр, филиал АО «ГМС ЛИВГИДРОМАШ» в городе Москве
Введение
В настоящей статье рассмотрены вопросы проектирования, изготовления и испытаний, в соответствии с требованиями международных стандартов, насосных агрегатов АЦНСДп240-1422, предназначенных для эксплуатации в труднодоступных районах с тяжелыми условиями окружающей среды, которые требуют от оборудования высокой надежности и долговечности.
В конце 2013 г. Группа ГМС заключила контракт на поставку 7 насосов высокого давления для закачивания морской воды в нефтеносные пласты в рамках реализации проекта по разработке месторождения WestQurna-2 (Ирак).
Месторождение WestQurna-2, открытое в 1973 году, считается четвертым в мире месторождением по запасам нефти, которые, по некоторым оценкам, составляют порядка 13 млрд баррелей. Расположено месторождение на юге Ирака, в 65 км северо-западнее крупного портового города Басра. Участниками проекта разработки месторождения в настоящее время являются иракская государственная нефтяная компания South Oil Company и консорциум подрядчиков, состоящий из «ЛУКОЙЛ» и иракской госкомпании North Oil Company. Для «ЛУКОЙЛа» данный проект является крупнейшим международным проектом.
Для предприятий Группы ГМС, принимавших участие в реализации проекта (АО «Сумский завод «Насосэнергомаш», Apollo Goessnitz GmbH), это также был важный этап, на котором проверялся технический потенциал и готовность работать и конкурировать наравне с международными насосными компаниями – лидерами в поставках насосного оборудования на мировой насосный рынок нефти.
Технические спецификации и требования проекта были подготовлены японской проектной компанией TOYOEngineeringс особой тщательностью, присущей японским инженерам.
Нормативная база проекта – это международно признанные стандарты проектирования и производства, такие как:
- API610, 11 издание: Насосы для нефтяной, нефтехимической и газовой промышленности;
- API614: Системы смазки для машин нефтяной и нефтехимической промышленности;
- API661: Воздушные теплообменники для применения в нефтеперерабатывающей промышленности;
- API670: Системы защиты оборудования;
- API671: Муфты специальные для нефтяной, химической и газовой промышленности;
- API682: Cистемы уплотнений валов для эксплуатации в химической и нефтехимической промышленности;
- ISO10816-7: Механическая вибрация. Динамические насосы;
- NORSOKM-650: Квалификация производителей специальных материалов.
Техническое описание конструкции
Насосный агрегат состоит из двухкорпусного насоса ЦНСДп240-1422, тип BB5 по API 610, производительностью 286м3/ч с напором 1422 м, электродвигателя, маслоустановки с воздушным теплообменником, приборов и датчиков контроля температуры, давления, вибромониторинга.
Подшипники насоса и электродвигателя смазываются от маслосистемы, укомплектованной двумя маслонасосами – основным, с приводом от валопровода агрегата, и вспомогательным электронасосом, который требуется на время пуска и вывода системы на рабочие параметры.
Для охлаждения масла в контуре смазки установлен воздушный маслоохладитель высокой мощности с дублирующим вентилятором.
В качестве концевых уплотнений вала насоса применены двойные торцовые уплотнения с системой запирания по плану 53B, согласно API682, с термосифонными системами воздушного охлаждения.
Все компоненты агрегата, кроме воздушного маслоохладителя, смонтированы на единой раме, т.е. в исполнении SKID.
Для обеспечения бесперебойной работы каждый агрегат оснащен системой автоматики, включающей контроль наиболее важных параметров, таких как давление, температура, вибрация подшипников, осевой сдвиг ротора.
При разработке насоса ЦНСДп240-1422 были учтены и выполнены не только требования API610, но и дополнительные требования заказчика к рабочим характеристикам. Для этого был выполнен анализ геометрии существующей проточной части серийных насосов,проведена корректировка рабочих колес и разработаны новые направляющие аппараты,оптимизировано сочетание количества лопастей рабочих колес и каналов направляющих аппаратов, благодаря чему решена проблема лопастной вибрации и улучшено общее вибросостояние насоса.
Насос имеет гидравлически разгруженный ротор, благодаря оппозитному расположению рабочих колес. Остаточная осевая сила, которая возникает в результате неравномерного износа уплотнений рабочих колес в процессе эксплуатации, воспринимается упорным подшипником типа «Митчелл» с самоустанавливающимися колодками и выравнивающей системой. Такое конструктивное решение позволило отказаться от самого ненадежного узла в конструкции многоступенчатого центробежного насоса – узла разгрузки осевого усилия, а также уменьшить нагрузку на упорный подшипник (по сравнению с конструкцией насоса с разгрузочным барабаном). Опорами ротора служат сегментные подшипники скольжения, которые обеспечивают длительный срок эксплуатации и значения виброперемещения, не превышающие требований API610 для насосов подобного класса.
Внешний корпус насоса рассчитан на максимально возможное рабочее давление, внутренний корпус картриджного типа, с возможностью быстрой замены на месте эксплуатации без демонтажа наружного корпуса. Для этого разработано специальное выкатное устройство.
Материальное исполнение насоса – D-2 в соответствии с API610 (супердуплексная сталь аустенитно-ферритного класса). Данная сталь является очень редкой в применении и проявляет исключительную стойкость против коррозии в морской воде Персидского залива, имеющей наивысшую степень концентрации хлоридов и агрессивность. Супердуплексные стали не производятся отечественной промышленностью, и требования к производителям этих материалов очень высоки.
Быстроизнашиваемые детали, такие как втулки щелевых уплотнений и уплотнения рабочих колес выполнены также из супердуплексной стали с нанесением специального износостойкого напыления. Благодаря своей специальной структуре, покрытие имеет особые свойства, отсутствующие у других материалов, в том числе высокую сопротивляемость гидроабразивному износу и низкий коэффициент трения.
Испытания
На данный момент все семь агрегатов АЦНСДп240-1422 изготовлены и прошли стендовые испытания, которые подтвердили правильность принятых конструктивных решений.
В результате получены требуемые характеристики с максимальным значением напора в точке нулевого расхода в пределах 120% от напора при номинальном расходе. Значения КПД, полученные расчетным путем, подтверждены стендовыми испытаниями и находятся на уровне максимально достижимых для данного диапазона коэффициентов быстроходности.
Полученные вибрационные характеристики в широком диапазоне подач не превышают допустимых значений:
- в номинальном режиме – виброскорость на корпусах подшипников не более 2,9 мм/с, виброперемещение вала – не более 36 мкм;
- в допустимом рабочем диапазоне – виброскорость на корпусах подшипников не более 3,1 мм/с, виброперемещение вала – не более 46 мкм.
Приведенные значения вибрации соответствуют наиболее жестким современным требованиям стандарта ISO10816-7.
Следует отметить, что одним из требований заказчика к испытаниям насоса было измерение остаточной осевой силы. Для этого был разработан специальный тензометрический датчик. Измеренная осевая сила в номинальном режиме работы, а также на границах допустимого рабочего диапазона совпала с данными, полученными расчетным путем.
В настоящее время все насосные агрегаты успешно изготовлены и доставлены на место эксплуатации.
Подведя итоги 2-х летней работы над проектом, можно с уверенностью сказать, что достигнут отличный результат и были подтверждены возможности АО «Сумский завод «Насосэнергомаш», Apollo Goessnitz GmbH и всех участвующих в проекте предприятий Группы ГМС по созданию сложного насосного оборудования в соответствии с требованиями мировых стандартов, для самых сложных условий эксплуатации и самых требовательных заказчиков. Это тем более важно в настоящее время, когда вопросы выхода отечественных предприятий на международный рынок очень актуальны.