Нефтегазопромыслове оборудование (стр. 18 )

Жесткое задание четырех основных параметров [формулы (9.3) - 9.6)] означает, что заданы q и h. Они определяют точку на поле огибающей (см. рис. 9.14). Если она лежит над огибающей, то соз­дание такого насоса невозможно и требуется корректировка задания. Если точка лежит под огибающей, то тип нужного насоса, характери­зуемый величиной К, находят подбором. Для этого, подбирая взаи­мосвязанные значения h0 и q0 по кривым h0 = f (К) и q0 = f (К) на рис. 9.14, строят приближенно характеристику, проходящую через данную точку под огибающей и касающуюся огибающей. Пользуясь значением q для точки касания определяют по кривой К = f (q) величину К нужного насоса. Далее, пользуясь найденным значением К, определяют размеры его проточной части так же, как было описано выше.

Приведенные характеристики и расчеты, связанные с ними, действительны, если обеспечена бескавитационная работа струйного насоса. При чрезмерно малом давлении p1 (рис. 9.10, а) у входа в ка­меру смешения, в месте контакта двух потоков, кавитация возникает в струйном пограничном слое, где из-за интенсивного вихреобразования образуются области наименьшего давления рmin = pн. п (pнп - давление паров жидкости). Процесс смешения из-за интен­сивного выделения парогазовых пузырьков нарушается, и полезный напор Нп резко снижается по сравнению с нормальным.

Понижение давления в пограничном слое по сравнению с окру­жающим его невозмущенным потоком пропорционально скорости этого потока:

.

Используя это уравнение для условий возникновения кавитации (Pmin = Рн. п) и решая его совместно с уравнением Бернулли для се­чений а - а и 1 - 1 перекачиваемого потока, получим критический напор на входе в насос:

.

Из этого уравнения можно выделить критический запас давления сверх давления насыщенных паров, соответствующего началу кави­тации. Соответствующий этому запасу давления напор

.

Критический запас напора можно представить в относительной форме. Используя выражения (9.17) и (9.18), получим

. (9.19)

Опытами установлено, что величина и для всех струйных насо­сов, работающих на оптимальных режимах, соответствующих точ­кам огибающей (см. рис. 9.14), изменяется мало:

.

Это обусловлено тем, что для однотипных по форме входов в ка­меру, выполненных в виде плавных сходящихся насадков, С ≈ const. Мало изменяется для оптимальных режимов и величина μр. с. Следовательно, по выражению (9.19) легко найти . Экс­плуатировать насосы во избежание кавитации надо при

.

§ 9.5. ПРИМЕНЕНИЕ НАСОСОВ

Области применения и выбор типа и марки насосов

В нефтегазодобывающей промышленности насосы используют в следующих основных целях:

1) нагнетание жидкостей в пласты для их заводнения, запол­нения жидкими углеводородами, гидроразрыва;

2) подъем жидкостей из скважин;

3) транспорт нефти, нефтепродуктов и сжиженных газов;

4) водоснабжение систем заводнения пластов, промышленных предприятий и коммунального хозяйства;

5) поддержание циркуляции жидкости:

для разрушения горных пород при бурении скважин и их очистки от выбуренной породы (буровые насосы);

для очистки скважин от песчаных пробок (промывочные на­сосы);

для депарафинизации скважинного и наземного оборудования,

при обработке призабойной зоны скважины кислотой и дру­гими химическими реагентами, при освоении скважин, прпри освоении скважин

при подготовке и первичной обработке нефти (сепарация нефти и воды, обессоливание),

в теплообменных аппаратах и устройствах, а также для охлаж­дения двигателей и компрессоров,

для смазки машин и гидравлического уплотнения валов на­сосов и компрессоров;

6) приготовление и кондиционирование смесей (цементных и глинистых растворов, суспензий для гидроразрыва), подготовка воды для закачки в пласт, для питания паровых котлов и систем охлаждения;

7) цементирование скважин;

8) гидравлическая опрессовка трубопроводов и сосудов;

9) питание водой паровых котлов;

10) питание гидроприводов различных механизмов и обору­дования (см. § 59).

При комплектации насосных установок исходят из ассорти­мента существующих насосов. Так же, как и другое обору­дование, однотипные насосы выпускаются группами (размерными рядами). При этом предусмотрены графики, поля которых удов­летворяют требованиям потребителей данных насосов. Существуют размерные ряды буровых, центробежных, нефтяных и химических насосов, а также различных видов роторных насосов.

Для относительно малых расходов жидкости и больших давле­ний, как правило, предназначены возвратно-поступательные на­сосы, а для больших расходов при сравнительно низких давле­ниях - центробежные насосы. Это объясняется тем, что возвратно-поступательный насос тихоходный, так что повышение подачи в одном насосе может быть достигнуто лишь увеличением рабочего объема и, следовательно, размеров и массы машины. С другой стороны, расчетное давление центробежного насоса повышается с увеличением частоты вращения вала и числа ступеней. Чрезмер­ное увеличение того и другого связано с трудностями и сниже­нием технико-экономических показателей.

Пример графика с полями однотипных насосов представлен на рис. 9.16. На нем указывают шифр насоса, частоту вращения вала, число ступеней. Подробные сведения и полная характе­ристика даются в каталогах изготовителей насосов. Сводные гра­фики подач и напоров насосов, выпускаемых заводами СССР, содержатся в каталоге-справочнике [8].

Насосы выбирают по подаче и давлению (или напору). Если одной точке с координатами Q, Н соответствуют насосы разных типов, то возможные варианты сопоставляются по технико-экономическим показателям. В зависимости от назначения на­соса и условий эксплуатации одному и тому же показателю при­дается различное значение. Например, при непрерывной работе насоса особенно важно, чтобы он имел высокий к. п. д. Стоимость электроэнергии или топлива в этом случае является решающим экономическим фактором. Если насос работает в условиях частых пусков и остановок, то большое значение придается постоянной готовности и удобству запуска. Насос установки, монтируемой на платформе транспортного средства (трактора, автомобиля, возимой тележки), а также предназначенный для перевозки воз­душным транспортом, должен быть не только эффективным, но также легким и компактным и менее нуждаться в постоянном наблюдении и обслуживании.

Рис. 9.16. График полей однотипных насосов (ГОСТ 10168 – 75)

Паровые насосы имеют низкий к. п. д., однако при наличии пара, используемого для технологических целей, вариант применения парового насоса часто оказывается самым выгодным, особенно если учесть простоту регулирования и обслуживания этого насоса.

При перекачке с малым расходом неабразивных жидкостей предпочтение отдается роторным насосам. Они компактны и удобны в обслуживании, а их к. п. д. в связи с усовершенствованиями в насосостроении приближается к к. п. д. возвратно-поступатель­ных насосов.

При сопоставлении вариантов учитываются расходы по авто­матизации регулирования и управления запуском и остановкой насосов. Центробежные насосы более удобны для регулирования, чем возвратно-поступательные, но их запуск более сложен из-за необходимости предварительного заполнения жидкостью.

Испытания насосов

Испытания насосов имеют целью:

1) получение характеристик;

2) проверку соответствия насосов требованиям и гарантиям;

3) определение показателей надежности, сроков и объемов ремонтных работ и потребности в запасных частях;

4) получение опытных материалов для модернизации насосов и совершенствования их производства.

На испытания установлены стандарты: для динамических насосов - ГОСТ 6134 - 71, для объемных - ГОСТ 17335 -79. Регламентированы виды испытаний (предварительные заводские, приемочные, типовые, испытания на надежность и др.), виды испытательных стендов и средства измерений, порядок проведе­ния испытания, обработка, оформление и оценка результатов. Каждому виду испытаний соответствуют определенное содержа­ние (состав) и определенное число испытываемых насосов одного типоразмера.

Измерения

Средства измерений выбирают так, чтобы относительная по­грешность результата испытания была не больше предельной, установленной стандартом для данного вида испытания.

Частоту вращения вала или частоту циклов определяют тахо­метром или строботахометром, автоматическим счетчиком числа оборотов, частотомером и прибором для измерения скольжения электродвигателя, секундомером (при п ≤ 2 с-1). У электрона­сосов измеряют напряжение и частоту сети.

Для измерения подачи насоса используют сужающие устрой­ства (сопла, диафрагмы), мерный бак, водослив, трубку Пито (в зависимости от условий испытания и размера насоса), а для измерения давления - манометры и вакуумметры.

Мощность насоса или крутящий момент определяют измере­нием электрической мощности двигателя (при использовании графика зависимости к. п. д. от мощности), торсиометром, с по­мощью балансирного двигателя или двигателя, установленного на качающейся платформе.

Проведение испытаний

Снятию характеристик предшествует обкатка насоса в режиме, рекомендуемом ГОСТами. При снятии характеристики динами­ческого насоса регулируют подачу, а для объемного насоса - давление на выходе. Регулировочную характери­стику объемного насоса получают при номинальном давлении, изменяя регулируемый параметр (я, 5, давление пара) от мини­мального к 25, 50, 75 и 100% номинального его значения.