Презентация
Опыт проектирования и изготовления высокотехнологичных насосов в соответствии с международными стандартами
Олег Роденко, директор программы «Насосы ЦНС для ППД»
Дмитрий Витер, заместитель директора программы «Насосы ЦНС для ППД» Головной научно-технический центр, Группа ГМС
Виктор Переход, начальник управления ВЭД АО «Сумский завод «Насосэнергомаш» (Группа ГМС)
В настоящей статье на примере проекта поставки оборудования для месторождения Западная Курна-2 (West Qurna-2, Ирак) рассмотрены вопросы проектирования, изготовления и испытаний высокотехнологичных насосных агрегатов АЦНСДп 240-1422, предназначенных для эксплуатации на нефтегазовых месторождениях с тяжелыми условиями окружающей среды, которые требуют от оборудования высокой эффективности, надежности и долговечности.
3D модель насосного агрегата АЦНСДп 240-1422
В конце 2013 г. российский машиностроительный холдинг АО «Группа ГМС» принял в исполнение контракт на поставку семи насосных агрегатов высокого давления для закачки морской воды в нефтеносные пласты в рамках проекта разработки месторождения Западная Курна-2 (West Qurna-2, Ирак).
Открытое в 1973 г. месторождение Западная Курна-2 считается четвертым в мире месторождением по запасам нефти. Месторождение расположено на юге Ирака, в 65 км северо-западнее крупного портового города Басра. Участниками проекта являются иракская государственная нефтяная компания South Oil Company и консорциум подрядчиков, состоящий из российской компании ПАО «ЛУКОЙЛ» и иракской госкомпании North Oil Company.
Для предприятий Группы ГМС участие в проекте стало важным этапом, на котором проверялись технический потенциал, готовность работать наравне с международными насосными компаниями - лидерами в поставках насосного оборудования на мировой рынок насосного оборудования для нефтегазовой отрасли.
Технические спецификации и требования к проекту были подготовлены японской проектной компанией TOYO Engineering и содержали достаточно высокие требования к техническим характеристикам оборудования.
Нормативная база проекта международные стандарты проектирования и производства оборудования для нефтяной и газовой промышленности, среди которых:
- API 610, 11 издание: Насосы для нефтяной, нефтехимической и газовой промышленностей;
- API 614: Системы смазки для машин нефтяной и нефтехимической промышленностей;
- API 661: Воздушные теплообменники для применения в нефтеперерабатывающей промышленности;
- API 670: Системы защиты оборудования;
- API 671: Муфты специальные для нефтяной, химической и газовой промышленностей;
- API 682: Cистемы уплотнений валов для эксплуатации в химической и нефтехимической промышленностях;
- ISO 10816-7: Механическая вибрация. Динамические насосы;
- NORSOK M-650: Квалификация производителей специальных материалов.
Конструктивные особенности и преимущества насосных агрегатов, изготовленных и поставленных для месторождения Западная Курна-2
Насосный агрегат АЦНСДп, спроектированный для проекта West Qurna-2, состоит из двухкорпусного насоса ЦНСДп 240-1422 (тип BB5 по API 610) производительностью 286 м3/ч и напором 1422 м, электродвигателя, маслоустановки с воздушным теплообменником, приборов и датчиков контроля температуры, давления, системой 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 требованиям стандарта API 682, с термосифонными системами воздушного охлаждения.
Все компоненты агрегата, кроме воздушного маслоохладителя, смонтированы на единой раме, то есть в исполнении SKID.
Для обеспечения бесперебойной работы каждый агрегат оснащен системой автоматики, включающей контроль над наиболее важными параметрами, такими, как давление, температура, вибрация подшипников, осевой сдвиг ротора.
Насос серии ЦНСДп (тип BB5 по API 610)
При разработке насоса ЦНСДп 240-1422 были учтены и выполнены не только требования стандарта API 610, но и дополнительные требования заказчика к рабочим характеристикам оборудования. С этой целью был проведен анализ геометрии существующей проточной части ранее выпускаемых серийных насосов, осуществлена корректировка рабочих колес и разработаны новые направляющие аппараты, а также оптимизировано сочетание количества лопастей рабочих колес и каналов направляющих аппаратов, с учетом чего решена проблема лопастной вибрации и улучшено общее вибросостояние насоса.
Благодаря оппозитному расположению рабочих колес, насос имеет гидравлически разгруженный ротор. 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 дало возможность 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 API 610 для насосов подобного класса.
Внешний корпус насоса рассчитан на максимально возможное рабочее давление, внутренний корпус картриджного типа имеет возможность быстрой замены на месте эксплуатации без демонтажа наружного корпуса. Для этого разработано специальное выкатное устройство.
Материальное исполнение насоса D-2 в соответствии с положениями стандарта API 610 (супердуплексная сталь аустенитно - ферритного класса). Данная сталь является весьма редкой в применении и проявляет исключительную стойкость против коррозии в морской воде Персидского залива, имеющей наивысшую степень концентрации хлоридов и агрессивность.
Быстроизнашиваемые детали, такие как втулки щелевых уплотнений и уплотнения рабочих колес, также выполнены 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.
Результаты испытаний насосных агрегатов
На текущий момент все семь агрегатов АЦНСДп 240-1422 изготовлены, успешно испытаны и поставлены заказчику. Результаты стендовых испытаний подтвердили эффективность принятых конструктивных решений.
Насосные агрегаты АЦНСДп 240-1422, изготовленные АО «Сумский завод «Насосэнергомаш» (Группа ГМС)
В результате получены требуемые характеристики с максимальным значением напора в точке нулевого расхода в пределах 120% от напора при номинальном расходе. Полученные расчетным путем значения КПД подтверждены стендовыми испытаниями и находятся на уровне максимально достижимых для данного диапазона коэффициентов быстроходности.
Вибрационные характеристики насосов в широком диапазоне подач не превышают допустимых значений:
- в предпочтительном рабочем диапазоне: виброскорость на корпусах подшипников не более 2,9 м/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 высокому уровню требований стандарта ISO 10816-7.
Следует отметить, что одним из важных 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 поставлены на объект.
Подводя итоги почти двухлетней работы над проектом, можно с уверенностью сказать, что российским машиностроительным холдингом АО «Группа ГМС» был достигнут высокий технический уровень в проектировании и изготовлении насосного оборудования, что еще раз доказало возможность предприятий Группы ГМС поставлять на международный рынок высокотехнологичное оборудование в соответствии с требованиями международных стандартов.