Опыт успешного применения объемных винтовых насосов в механизированной добыче. Насос на нефть


1.4. Пересчет характеристик насоса с воды на дизтопливо.

При перекачке нефти и нефтепродуктов, имеющих вязкость больше чем вода, характеристики центробежных насосов существенно меняются в зависимости от величины вязкости жидкости.

1) Определим число Рейнольдса, с которым нефтепродукт движется в насосе:

;

n=3000 об./мин=50 об./c;

=215 мм;

=0,1210-4 м2/с;

2) Найдем коэффициент быстроходности насоса:

- число сторон всасывания, j-число ступеней насоса

=

3) Определим переходное число Рейнольдса:

=3,16= 3,16 ·=95971

Т.к. число Рейнольдса при движении нефтепродукта в насосе меньше переходного числа Рейнольдса, необходимо производить пересчет характеристик.

4) Найдем коэффициенты пересчета:

=1-0,128lg = 1-0,128lg= 0,92 ;

=== 0,88 ;

lg=lg= 0,79

= 0,45 ;

= 0,244··=0,244··=87017 ;

- граничное число Рейнольдса

5) Построение характеристик насоса на нефти.

С помощью найденных коэффициентов найдем новые характеристики насоса по данным формулам:

;

;

;

Расчет производился в программе Excel, результаты сведены в таблицу на странице 23 и были построены новые графики характеристик насоса, также совмещенные с характеристикой гидравлической сети на стр. 25.

1.5 Нахождение рабочей точки насоса при его работе на нефти.

Пересечение напорных характеристик насоса(на нефти) и гидравлической сети определяют новые координаты рабочей точки.

Координаты рабочей точки:

Hk=87м, Qk=0,0089 /c, η=0,39.

Определим мощность, потребляемую электродвигателем:

N ===18123Вт

2 Проверка бескавитационной работы всасывающей линии.

При эксплуатации насосов возникает необходимость проверки выполнения условия бескавитационной работы. Это условие заключается в следующем: для того чтобы насос работал без возникновения кавитации, необходимо, чтобы фактический кавитационной запас насоса был не меньше допустимого кавитационного запасапри данной подаче, то есть:

Фактическое значение кавитационного запаса можно определить с помощью уравнения Бернулли, записанного для всасывающей линии насоса.

Т.к. в задании не дан допустимый кавитационный запас насоса, то зададимся им сами, взяв запас в 20кПа.

= ===2,19м , где

перекачиваемой жидкости,

абсолютное давление на входе в насос;

Запишем уравнение Бернулли для всасывающей линии (схема на стр. 4):

;

;

, где

-абсолютное давление на поверхности резервуара.

Правая часть конечного уравнения представляет собой фактический кавитационный запас

= ;

= ;

Найдем:

1) скорость потока:

= = 1,13 м/c

2) число Рейнольдса:

== 748 < 2300

3) гидравлический коэффициент сопротивления:

= 64/748 = 0,086

4) суммарные потери:

= = 6,02 м

5) давление насыщенных паров

= exp[10,53(1-)]= 101325exp[10,53(1-)] = 17838Па

6) фактический кавитационный запас

=

==12,03 м

Проверка условия бескавитационной работы насоса:

12,032,19

Условие соблюдено.

3 Регулирование подачи путем изменения частоты вращения вала насоса.

Производительность уменьшили на 30 процентов, и она стала равна =0,7=0,7·0,0089 = 0,0062 м3/c

1) Отметим на графике (стр. 25) точку – точка пересечения вертикалиQ=0,0062 м3/c с характеристикой потребного напора трубопровода – режимная точка насоса после регулирования.

=0,0062 м3/c , =64м;

2) Строим кривую подобных режимов по уравнению, задавшись несколькими значениями Q:

H = 64 · ;

Расчеты были произведены в Excel'e, таблица результатов представлена на стр. 23, кривая построена на стр. 25.

3) Определяем по графику абсциссу точки пересечения кривой подобных режимов и характеристики насоса, это новая рабочая точка насоса.

Её координаты:

=0,0072 м3/c

=87 м

= 0,32

4) Определяем расчётное число оборотов вала насоса:

= n·1400·0,0062/0,0072=1206 об./ мин

5) Определим мощность, потребляемую электродвигателем:

N ===17868Вт

studfiles.net

Оборудование нефтеперерабатывающих заводов. Насосы

Карта сайта
  • Разработки
    • Добавка БТ (МИНИМА)
    • Монометиланилин (ММА)
    • Производство ММА
    • ММА на НПЗ
    • Метаформинг
    • Результаты испытаний
      • Исходный бензин
      • Испытание 1
      • Испытание 2
    • Физ/Хим показатели
    • Инструкции
      • Применение МИНИМА
    • Разработка присадок
    • Ферроцен
    • Очиститель инжектора
    • Бензин спортивный
    • ЦГН
    • Бензины ЕВРО-3, ЕВРО-4
  • Справочник
    • Антидетонаторы
      • ТЭС
      • Железосодержащие
      • Марганецсодержащие
      • Оксигенаты
      • Ароматические амины
    • Допущенные присадки
    • ГОСТы
      • ГОСТ 2084-77
      • ГОСТ Р 51105-97
      • ГОСТ Р 51313-99
      • ГОСТ Р 51866-2002
      • Технический регламент
    • Топливная хартия
    • Сортность бензина
    • Перв. переработка нефти
      • Обессоливание
      • Атм. и вакуумн. перегонка
      • Вторичная перегонка
      • Газофракционирование
    • Процессы пр-ва бензинов
      • Каталитический риформинг
      • Изомеризация
      • Гидроочистка
      • Каталитический крекинг
      • Алкилирование
      • Олигомеризация олефинов
      • Гидрокрекинг
      • Висбрекинг
      • Коксование
    • Технологии пр-ва масел
      • Производство масел
      • Деасфальтизация гудрона
      • Очистка растворителями
      • Депарафинизация масел
      • Контактная доочистка
      • Гидродоочистка масел
    • Технол. пр-ва парафинов
      • Производство парафинов
      • Неочищенные парафины
      • Доочистка парафинов
      • Жидкие парафины
    • Производство битумов
    • Методы испытаний
      • КМКО
      • Испаряемость
      • Потери от Испарения
      • Защитные свойства
    • Оборудование НПЗ
      • Реакторное оборудование
      • Технологические печи
      • Ректифик. колонны
      • Теплообменные аппараты
      • Вакуум. устройства
      • Насосы
      • Компрессоры
      • Емкости, резервуары
      • Трубопроводы
      • Констр. материалы
    • Физ-химия нефти
      • Плотность
      • Молекулярная масса
      • Вязкость
      • Поверхностное натяжение
      • Характеризующий фактор
      • Давление насыщ. паров
      • Конст. фазов. равновесия
      • Критические параметры
      • Теплоемкость
      • Теплота испарения
      • Теплота плавления
      • Теплотворная способность
      • Энтальпия
      • Теплопроводность
      • Тепловые эффекты
      • Индивид. соединения
    • Хар-ки нефтепродуктов
      • Фракционный состав
      • Температура застывания
      • Октановое число
      • Цетановое число
      • Высота нек. пламени
      • Методы испытаний
      • Сырье НПЗ
      • Классификация нефтей
      • Характеристика нефтей
      • Газовые конденсаты
      • Топлива
      • Нефтяные масла
      • Присадки к маслам
      • Ароматика
      • Сжиженные газы
      • Др. нефтепродукты
    • Общезав. хоз-во НПЗ
      • Прием и отгрузка
      • Хранение нефтепродуктов
      • Электроснабжение
      • Теплоснабжение
      • Водоснабжение
      • Канализация, очистка
      • Снабжение топливом
      • Снабжение газами
      • Факела
    • Пром. безопасность
      • Свойства продуктов
      • Категорирование
      • Электрооборудование
      • Трубопроводы
    • Охрана окруж. среды
      • Основные понятия
      • Нормирование
      • Контроль
  • Статьи
  • Проектирование
    • Консультации
    • Моделирование
    • Оборудование
      • Каталог
      • Теплообменники
      • Емкости
      • Нестандарт. оборудование
      • Колонные аппараты
      • Реакторное оборудование
    • Установка риформинга
    • Сертификация
    • Утилизация
    • Статический смеситель
      • Описание
      • Опросной лист
    • Динамический смеситель
    • Регенерация масел
    • мини НПЗ
    • Химизм риформинга
      • Реакции риформинга
      • Влияние параметров
    • Для хим.лаборатории
      • Химреактивы
      • ГСО
      • Анализ нефтепродуктов
      • Мебель лабораторная
        • Столы

additive.spb.ru

Насосы для нефти и нефтепродуктов

Описание и схема разреза насоса

Винтовой насос для перекачки высоковязких нефтепродуктов с вязкостью 150 сСт

Технические характеристики насоса

Характеристики среды

Электродвигатель

Окраска насоса

Насос обработан с помощью пескоструйной очистки, потом покрыт грунтовкой, затем финишной окраской. Толщина всех слоев составляет 160 мкм.

Частотный преобразователь в шкафу управления

Частотный преобразователь в шкафу управления со встроенным переключателем предохранителя и контактора и встроенной панелью управления на передней панели.

Объем поставки:

  • Насос;
  • Электродвигатель;
  • Частотный преобразователь в шкафу управления;
  • Общая рама основание;
  • Муфта с защитой.

Винтовой насос для перекачки сырой нефти вязкостью от 147 до 262 сСт

Технические характеристики насоса

Характеристики среды

Электродвигатель

Чертеж насосного агрегата

Обозначения на чертеже: N1 – всасывающий фланец; N2 – нагнетательный фланец; N3 – дренажные отверстия; N5 - штуцер под вакуумметр; N6 - штуцер под манометр; N7 – штуцера отопления; N9 – пробка для масла; N10 – сливная пробка для масла.

Графики рабочих характеристик насоса

Объем поставки:

  • Насос;
  • Электродвигатель;
  • Общая рама основание;
  • Муфта с защитой.

Примечание:

Температура среды указана как диапазон температур от -5°C до +28°C, вязкость среды при этой температуре не указана. Поэтому расчет производился основываясь на данных по вязкости 147,4 сСт при 50°C и 262,4 сСт при 40°C.

Винтовой насос для перекачки сырой нефти вязкостью от 147 до 262 сСт, вариант-2

Технические характеристики насоса

Характеристики среды

Электродвигатель

Чертеж насосного агрегата

Обозначения на чертеже:

N1 – всасывающий фланец; N2 – нагнетательный фланец; N3 – дренажные отверстия; N5 - штуцер под вакуумметр; N6 - штуцер под манометр; N9 – пробка для масла; N10 – сливная пробка для масла.

Графики рабочих характеристик насоса

Объем поставки:

  • Насос;
  • Электродвигатель;
  • Общая рама основание;
  • Муфта с защитой.

Примечание:

Температура среды указана как диапазон температур от -5°C до +28°C, вязкость среды при этой температуре не указана. Поэтому расчет производился основываясь на данных по вязкости 147,4 сСт при 50°C и 262,4 сСт при 40°C.

Винтовой насос для перекачки высоковязких нефтепродуктов с вязкостью 550 сСт

Технические характеристики насоса

Характеристики среды

Электродвигатель

Окраска насоса

Насос обработан с помощью пескоструйной очистки, потом покрыт грунтовкой, затем финишной окраской. Толщина всех слоев составляет 160 мкм.

Частотный преобразователь в шкафу управления

Частотный преобразователь в шкафу управления со встроенным переключателем предохранителя и контактора и встроенной панелью управления на передней панели.

Объем поставки

  • Насос;
  • Электродвигатель;
  • Частотный преобразователь в шкафу управления;
  • Общая рама основание;
  • Муфта с защитой.

ence-pumps.ru

Применение объемных винтовых насосов для добычи нефти

История успеха объемного винтового насоса началась более 80 лет назад с создания инновационного насоса Moineau, названного в честь французского изобретателя Рене Муано (René Moineau). В 1932 году Рене Муано с помощью компании Gevelot основал новую компанию, известную сегодня как PCM. Сегодня системы объемных винтовых насосов используются по всему миру в самых разнообразных условиях как для добычи нефти (в том числе с содержанием газа, воды и мехпримесей), так и для осушки газовых скважин, в том числе при добыче метана из угольных пластов.

В данном материале Вашему вниманию предлагается обзор разработанных компанией PCM технических решений в области установок винтовых насосов (УВН), включая цельнометаллические ВН, гидравлические регуляторы для выравнивания профиля давлений и температур, УВН для добычи жидкости с высоким содержанием твердых взвешенных частиц, УВН с вентильными приводами для применения в наклонно-направленных скважинах с высокой интенсивностью набора кривизны.

27.04.2017 Инженерная практика №01-02/2017 Пле Луи-Этьенн Генеральный директор ООО «ПСМ Рус»

В 80-е годы ХХ века объемные винтовые насосы начали применяться для добычи нефти из скважин в Канаде и Южной Америке, после чего постепенно распространились по всему миру.

Винтовые насосы представляют собой разновидность объемного насоса, состоящую из однозаходного спиралевидного стального ротора, вращающегося внутри двухзаходного спиралевидного статора из эластомера. При вращении ротора внутри статора образуется цепочка двойных водонепроницаемых полостей, которые перемещаются вдоль оси без изменения формы и объема. Таким образом жидкость перекачивается от входа к выходу насоса, не повреждая при этом перекачиваемый продукт (рис. 1).

Рис. 1. Насос PCM Vulcain™ в продольном и поперечном разрезе

Основные преимущества объемных винтовых насосов перед другими насосными системами для механизированной добычи состоят в низких эксплуатационных затратах, простоте эксплуатации, высокой гибкости режимов добычи в изменяющихся условиях эксплуатации и притока скважины, а также в способности справляться со «сложными» жидкостями (высокое газосодержание, вязкие и абразивсодержащие жидкости).

Благодаря этим преимуществам за последние три десятилетия системы объемных винтовых насосов стали распространенным способом механизированной добычи: на данный момент около 80 тыс. скважин по всему миру оснащены УВН. С 90-х годов прошлого века и до настоящего времени винтовой насос чаще всего применяется в Канаде для добычи холодной тяжелой нефти с мехпримесями, известной как CHOPS (низкотемпературная добыча тяжелой нефти с мехпримесями). Кроме того, они применяются с целью осушения газовых скважин (CSG), в том числе при добыче метана из угольных пластов, в качестве способа механизированной добычи используются именно установки винтовых насосов.

ТЕРМИЧЕСКАЯ ДОБЫЧА ТЯЖЕЛОЙ НЕФТИ

В 2005 году PCM Vulcain™ становится первым запатентованным цельнометаллическим объемным винтовым насосом, который совмещает преимущества традиционного винтового насоса с устранением температурных ограничений эластомера и возможностью подачи пара через статор, позволяя тем самым избежать сложных монтажных операций на скважине. Это открывает новые горизонты для освоения трудноизвлекаемых запасов тяжелой нефти с помощью закачки пара. Технология цельнометаллических объемных винтовых насосов все чаще используются в крупных проектах с применением теплового воздействия на пласт – циклического паротеплового воздействия, заводнения с закачкой пара, парогравитационного дренажа (SAGD).

Усовершенствования, внедренные компанией PCM за последние 10 лет в сфере инноваций, производства, разработки, проектирования, эксплуатации, контроля и анализа неисправностей, постепенно способствовали достижению высоких показателей эффективности PCM Vulcain™, продолжительности срока эксплуатации (до 4,5 лет), а также надежности работы при высоких температурах (до 350°C), добыче нефти с содержанием h3S, CO2, ароматических углеводородов, добыче легкой нефти с содержанием газа.

Однако до сих пор сохраняется ряд важных проблем и вопросов, в том числе способность колонны насосных штанг справляться с крутящим моментом при увеличении вязкости жидкости или при высокой скорости потока, а также способность работать с флюидом с большим содержанием мехпримесей.

Конструкция цельнометаллических объемных винтовых насосов геометрически схожа с таковой традиционных объемных винтовых насосов. Главное отличие заключается в том, что традиционный для объемного винтового насоса эластомерный статор заменяется металлическим. При этом выверенный зазор между ротором и статором – основной фактор высокой производительности насоса, особенно в условиях низкой вязкости продукции скважины (высокая степень обводненности, очень горячая нефть).

При равномерном коэффициенте теплового расширения все цельнометаллические объемные винтовые насосы с одной и той же парой ротор/статор могут работать в широком диапазоне температур среды (от температуры паростимуляции до условий коллектора, и наоборот) и вязкостей. Данные характеристики делают технологию цельнометаллических объемных винтовых насосов универсальной и не подверженной влиянию переходного периода (период нагрева в методе парогравитационного дренажа; начало или конец цикла при циклическом паротепловом воздействии; распространение рассеянного теплового фронта или его колебание во время паростимуляции). Вдобавок к этому цельнометаллические объемные винтовые насосы доказали свою эффективность для снижения паронефтяного соотношения, что принципиально при тепловых методах добычи.

Комплект высокотемпературного винтового насоса состоит из запатентованного цельнометаллического ВН с металлическим статором (AMPCP), устанавливаемого в скважину, наземного привода, укомплектованного высокотемпературным уплотнением, исключающим утечку, и высокотемпературным превентором на поверхности (рис. 2).

Рис. 2. Установка PCM Vulcain

Компания PCM разработала приводы, полностью соответствующие требованиям наземных стандартов ISO 15136-2, а также Европейской директиве по оборудованию 2006/42/CE для безопасной и надежной эксплуатации. Для тепловых методов добычи привод PCM DriverTM B-100 может быть оснащен инновационной самосмазывающейся вращающейся высокотемпературной системой уплотнений, которая обеспечит чистую и долгосрочную добычу.

ДОБЫЧА ПРИ ВЫСОКОМ СОДЕРЖАНИИ ГАЗА

Истощенные скважины обладают определенной тенденцией к повышенному газообразованию, что может вызвать известные проблемы в случае использования насосной системы механизированной добычи.

Объемный винтовой насос не подвержен воздействию газовых пробок и способен перекачивать свободный газ вместе с жидкостью. Однако содержание свободного газа, при рабочем давлении на входе насоса превышающее 20%, отражается на сроке эксплуатации объемного винтового насоса и может привести к выходу из строя статора.

Значительное содержание газа на входе насоса приводит к неравномерному распределению давления вдоль насоса, при этом основное нарастание давления наступает на последних ступенях статора, находящихся на выходе насоса. Это способствует увеличению напряжения и температуры в эластомере статора. Данный феномен известен как гестерезис и характеризуется сжатием газа, сосредоточенным на выходе насоса.

В 2007 году была разработана и успешно внедрена по всему миру технология насоса PCM Moineau™ HR (рис. 3), которая позволяет перекачивать нефть с особенно высоким содержанием свободного газа (до 90%).

Рис. 3. Преимущества HRPCP по сравнению с классическим винтовым насосом

В основе технологии PCM Moineau™ HR лежит изменение конструкции традиционного объемного винтового насоса путем добавления гидравлических регуляторов. Регуляторы обеспечивают наилучшее распределение наращиваемого давления по гидравлическому профилю, что приводит к равномерному распределению градиента давления и, следовательно, градиента температуры вдоль насоса. Несмотря на беспорядочные мультифазные структуры потока, объемный винтовой насос с гидравлическими регуляторами показывает стабильную работу и длительные сроки эксплуатации даже при высоком содержании свободного газа (высоком газовом факторе).

В качестве полностью интегрированного решения компания PCM также может предложить автономный гидравлический привод для газовых скважин с первичным двигателем, работающим на добываемом газе, что позволяет снизить эксплуатационные расходы и обеспечить автономность скважины.

ДОБЫЧА НЕФТИ С ПОВЫШЕННОЙ КВЧ

Повышенная концентрация твердых взвешенных частиц (КВЧ) в добываемой жидкости часто становится причиной высокого крутящего момента и преждевременного выхода из строя насосной системы механизированной добычи. Накопление твердых частиц или мехпримесей может повредить входную часть насоса и привести к неисправности рабочих органов.

Объемный винтовой насос способен работать с жидкостями с высоким содержанием твердых частиц, и для каждого набора условий применения используется соответствующий эластомер. Особое внимание уделяется подбору геометрии обкладки ротора для обеспечения наилучшего прохождения твердых частиц (мехпримесей) через насос и предотвращения их дробления в насосе.

Двухфутовое удлинение ротора, известное как «лопастной ротор», может применяться для рыхления плотных отложений твердых частиц, оседающих на входе насоса. Технология широко применяется в Канаде и Австралии.

Еще один элемент – верхняя упорная втулка – обеспечивает свободное всасывание на входе любых потоков без каких-либо ограничений, сопряженных с использованием стопорных пальцев или классического упорного ниппеля. Верхняя упорная втулка – это встроенный в отверстие выхода статора инструмент, обеспечивающий простую процедуру подгонки ротора. Таким образом нагрузка на головку ротора снижается, что способствует более эффективной эксплуатации и долговечности насоса.

Для случаев добычи жидкости с особенно высокой КВЧ мы предлагаем использовать систему винтовых насосов реверсивного потока, состоящую из двух последовательно соединенных насосов: верхнего (добывающего) и нижнего (рециркуляционного). Это позволяет создавать циркуляцию жидкости на достаточно протяженном интервале вокруг насосной системы.

В процессе эксплуатации добывающий насос подает жидкость на поверхность, в то время как рециркуляционный насос с обратным геометрическим строением обеспечивает рециркуляцию потока на входе насоса, предотвращая оседание мехпримесей и твердых частиц.

Добывающий и рециркуляционный насосы соединены при помощи перфорированного патрубка, который служит главным входным отверстием для обоих насосов, тогда как гибкий вал используется для соединения роторов рециркуляционного и добывающего насосов. Гибкий вал был специально спроектирован с применением высокопрочных материалов, позволяющих справляться с совмещенным эксцентрическим движением двух роторов, и располагается внутри перфорированного патрубка.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИН С ВЫСОКОЙ ИНТЕНСИВНОСТЬЮ КРИВИЗНЫ (DLS)

Бесштанговые установки винтового насоса с погружным электродвигателем (УЭВН) служат эффективной альтернативой винтовым насосным системам с верхним приводом и электроцентробежным насосным установкам при добыче нефти из скважин с высокой интенсивностью кривизны ствола. Высокая интенсивность набора кривизны повышает риск обрыва штанг и возникновения негерметичности НКТ при добыче нефти установками с верхним приводом. В свою очередь, наработки УЭЦН на отказ в таких условиях часто оказываются низкими вследствие возникновения газовых пробок, абразивного износа или срыва подачи.

Основные преимущества УЭВН для названных условий эксплуатации в сравнении с установками других типов следующие:

  • пониженная вероятность возникновения неисправностей;
  • возможность использования установок более высокой производительности ввиду отсутствия штанг;
  • более низкие эксплуатационные затраты благодаря более низкому удельному энергопотреблению и меньшими затратами на ремонт скважины;
  • возможность применять винтовые насосы на шельфовых месторождениях (в сочетании с забойным предохранительным клапаном SSSV).

Стандартные приводы погружных винтовых насосов включают индуктивные электродвигатели ЭЦН в сочетании с редуктором. Чаще всего это индукционные (асинхронные) погружные электродвигатели (ПЭД), разработанные для эксплуатации на скорости 3000 об/мин (50 Гц) с номинальной мощностью от 10 до 2000 л.с. Также возможны альтернативные решения с четырех- или шестиполюсными двигателями, номинальная скорость вращения которых ниже в два или три раза, соответственно. Однако увеличение количества полюсов требует увеличения длины двигателя для обеспечения той же мощности (так как увеличивается количество электрических обмоток), что может послужить ограничением для наклонно-направленных скважин.

В качестве энергоэффективного решения вместо асинхронных ПЭД могут использоваться вентильные (синхронные) электродвигатели (ВЭД) на постоянных магнитах, не требующие применения редукторов. ВЭД создают мощный крутящий момент при низкой скорости вращения вала.

С момента появления винтового насоса с погружным электродвигателем для применения в механизированной добыче основным препятствием для освоения рынка оставалась низкая надежность гибкого вала и редуктора. Однако за последние несколько лет быстрое развитие математического моделирования гибкого вала и применения вентильных двигателей сделало УЭВН весьма привлекательным решением для механизированной добычи (рис. 4).

Рис. 4. Комплектация PCM ESPCP Другие статьи с тегами: Винтовые насосы

glavteh.ru

Влияние вязкости перекачиваемой среды на характеристики магистральных нефтяных насосов

Библиографическое описание:

Васильев И. Е., Китаев Д. Н., Коротких Е. П., Маслова Т. О. Влияние вязкости перекачиваемой среды на характеристики магистральных нефтяных насосов // Молодой ученый. — 2017. — №9. — С. 42-45. — URL https://moluch.ru/archive/143/40221/ (дата обращения: 17.09.2018).



В статье представлены результаты расчета характеристик нефтяных магистральных насосов серии НМ при изменении вязкости перекачиваемой среды. На основе метода пересчета характеристик насосов на вязкие жидкости по характеристикам насоса, испытанным на воде, получены значения основных параметров при работе в крайних интервалах вязкости. Определены значения вязкости перекачиваемой нефти, при которых необходим пересчет характеристик.

Ключевые слова: нефтяные насосы, вязкость, характеристики

Паспортные характеристики насосов получают на заводах — изготовителях при работе на чистой воде с температурой не выше 322 К и плотностью 988 кг/м3. Сырая нефть, нефтепродукты имеют плотность меньше 1000 кг/м3, но при этом их вязкость может быть значительно выше (в десятки раз), чем у воды. При перекачке центробежным насосом жидкости, имеющей вязкость, большую вязкости воды, характеристики насоса могут существенно изменяться [1].

Полезная мощность и потери мощности (за исключением механических потерь в сальниках и опорах) изменяются с изменением плотности перекачиваемой жидкости. С уменьшением плотности жидкости снижается полезная мощность и растет доля механических потерь вследствие чего снижается КПД насоса. С увеличением плотности, наоборот, увеличивается полезная мощность, КПД и доля потерь. Характеристика насоса Q-H (подача — напор) не изменяется в зависимости от плотности перекачиваемой жидкости. Давление, создаваемое насосом, изменяется прямо пропорционально изменению плотности жидкости.

Изменение вязкости оказывает значительно большее влияние на характеристику насоса, чем плотности [1]. Изменение вязкости в основном влияет на дисковые потери и гидравлические сопротивления потоку жидкости в каналах насоса. Их изменение оказывает значительно большее влияние на потребную для привода насоса мощность, чем изменение плотности жидкости и объемных потерь. Поэтому при перекачке вязких сырых нефтей и нефтепродуктов потери мощности резко возрастают, а КПД насоса снижается. При этом уменьшаются напор и подача жидкости. Напор при нулевой подаче остается примерно на том уровне, на котором он был при перекачке воды. Поэтому кривая Q-H с повышением вязкости становится круче.

Пересчет характеристик насосов с условий перекачки воды на перекачку другой, более вязкой жидкости основан на экспериментальных данных, т. к. теоретическое решение этого вопроса невозможно из-за сложности и недостаточной изученности явлений, происходящих в насосах. В настоящее время существует более 20 методов пересчета характеристик центробежных насосов [1]. Значительный вклад в методологию внесли Д. Я. Суханов, Р. И. Шишенко, М. Д. Айзенштейн и ряд других авторов.

При анализе работы центробежных насосов, перекачивающих вязкие жидкости, изменение характеристик при увеличении вязкости ориентировочно определяется при помощи поправочных коэффициентов подачи , напора и КПД для характеристик насоса Qв, Нв, ηв, полученных на воде.

Метод пересчета характеристик насосов на вязкие жидкости по характеристикам насоса, испытанного на воде, изложенный М. Д. Айзенштейном [2], основан на следующих предпосылках, подтвержденных опытными данными:

1) при постоянном числе оборотов характеристики насоса Q–H падают с увеличением вязкости таким образом, что коэффициент быстроходности остается неизменным в точке оптимального КПД, т. е. выполняется условие

. (1)

В формуле (1) индексы «1» и «2» относятся к жидкостям различной вязкости;

2) при постоянном числе оборотов и переменной вязкости характеристика Q–H падает с увеличением вязкости, но напор при нулевой производительности остается неизменным; таким образом, крутизна характеристик Q–H насоса увеличивается с увеличением вязкости;

3) при работе насоса с постоянным числом оборотов и перекачке вязкой жидкости увеличение потребляемой мощности остается тем же самым по абсолютной величине для широких пределов изменения производительности;

4) законы подобия сохраняют свое действие для случая перекачки жидкости любой вязкости; вместе с тем результаты пересчета будут занижены при переходе от меньших чисел оборотов к большим, так как число Re возрастет при больших оборотах и, следовательно, возрастут также коэффициенты . При пересчете характеристик с больших оборотов на меньшие результаты будут завышены в сравнении с опытными данными.

С увеличением вязкости всасывающая способность насоса ухудшается. Однако в настоящее время нет достаточных экспериментальных данных для вывода зависимости между допустимой высотой всасывания при работе насоса на воде и при перекачке им вязких жидкостей.

По методике Айзенштейна проведен пересчет характеристик насосов типа НМ, предназначенных для перекачивания нефтепродуктов по магистральным трубопроводам, с воды на нефть. Рассматривались две группы центробежных горизонтальныx насосов: НМ производительностью от 180 м3/ч до 710 м3/ч однокорпусные и двухкорпусные секционного типа с односторонним расположением рабочих колес; НМ производительностью 1250÷10000 м3/ч одноступенчатые спирального типа с рабочим колесом двустороннего входа [3].

Задавались минимальные и максимальные значения вязкости перекачиваемой нефти (согласно паспортам насосов) νmin=5 мм2/с, νmax=300 мм2/с, плотность принята 850кг/м3. По результатам расчетов построены характеристики всех насосов серии НМ: Напор Н, м, КПД η, %, мощность N, кВт. На рис. 1,2,3 представлены характеристики насоса НМ 2500–230 для максимальной и минимальной вязкости перекачиваемой нефти и воды.

Рис. 1. Зависимость напора насоса НМ 2500–230 от подачи при различных значениях вязкости перекачиваемой среды

Рис. 2. Зависимость кпд насоса НМ 2500–230 от подачи при различных значениях вязкости перекачиваемой среды

Рис. 3. Зависимость мощности насоса НМ 2500–230 от подачи при различных значениях вязкости перекачиваемой среды

В таблицах 1 и 2 представлены значения изменений параметров насоса при работе на нефти с минимально допустимой вязкостью (согласно техническому паспорту) в процентах по отношению к максимальной вязкости в пределах рабочей зоны , м3/ч [4].

Таблица 1

Изменения значений характеристик насосов НМ 180÷710 впроцентах

Тип насоса

νкр,

мм2/с

Напор

КПД

Мощность

∆Н1

∆H

∆Н2

∆η1

∆η

∆η2

∆N1

∆N

∆N2

НМ 180–500

73,00

16,7

28,9

47,1

108,4

111,4

116,2

-34,2

-28,4

-20,1

НМ 250–475

93,30

10,7

17,8

27,7

95,6

95,6

95,6

-33,5

-29,2

-23,3

НМ 360–460

90,10

7,0

11,5

17,4

96,5

96,5

96,5

-36,0

-33,3

-29,9

НМ 500–300

90,10

10,8

18,0

27,9

96,5

96,5

96,5

-33,8

-29,5

-23,5

НМ 710–280

97,4

11,4

19,1

29,8

94,3

94,3

94,3

-32,7

-28,0

-21,5

Таблица 2

Изменения значений характеристик насосов НМ 1250÷10000 впроцентах

Тип насоса

νкр, мм2/с

∆Н

∆η

∆N

НМ 1250–260

104,1

16,0

47,3

-1,6

НМ 2500–230

111

15,9

41,4

-2,4

НМ 3600–230

130

15,8

38,0

-4,5

НМ 7000–210

164

10,3

21,7

-5,0

НМ 10000–210

208,9

15,4

30,9

-9,2

По данным результатов расчета, рис. 1–3, табл. 1,2 можно сделать следующие выводы.

  1. С увеличением вязкости перекачиваемой нефти значения напора и кпд снижаются, а потребляемая мощность увеличивается. Для насосов НМ 1250÷10000 влияние вязкости на характеристики имеет значительно меньшее значение (средние значения изменений по напору 14,7 %, кпд 35,8 %, мощности 4,6 %), чем для насосов НМ 180÷710 (при номинальном значении подачи Q, средние значения изменений по напору 19,1 %, кпд 98,8 %, мощности 29,7 %).
  2. Насосы с меньшей производительностью НМ 180÷710, характеризуются большим влиянием изменения вязкости на характеристику (νкр=73÷97,4мм2/с), чем насосы НМ1250÷10000 (νкр=104,1÷208,9мм2/с).
  3. Для насосов НМ1250÷10000 изменение каждой характеристики происходит на одинаковую величину и не зависит от значения подачи. Для насосов НМ 180÷710 происходит увеличение изменения величин с ростом подачи (см. табл.1).

На основе метода пересчета характеристик насосов на вязкие жидкости, получены значения основных параметров нефтяных магистральных насосов серии НМ при работе в крайних интервалах вязкости. Найдены значения вязкости перекачиваемой нефти, при которых необходим пересчет характеристик. Анализ результатов позволил установить численные значения изменений характеристик в зависимости от вязкости среды.

Литература:
  1. Караев, М. А. Работа центробежных насосов на вязких жидкостях: учеб. пособие /М. А. Караев, А. Г. Азизов, А. М. Рагимов, Г. Г. Рзаева. — Баку.: АГНА, 2005. — 175 с.
  2. Айзенштейн, М. Д. Центробежные насосы для нефтяной промышленности / М. Д. Айзенштейн. — М.: Гостоптехиздат, 1957. — 363 с.
  3. Китаев, Д. Н. Расчет нефтяного насоса и построение рабочей характеристики: учеб.-метод. пособие для студ. спец. 21.03.01/ Д. Н. Китаев; Воронежский ГАСУ. — Воронеж, 2015. — 66 с.
  4. Тугунов, П. И. Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов: учеб. пособие для вузов / П. И. Тугунов, В. Ф. Новоселов, А.А., Коршак, А. М. Шаммазов. — Уфа.: ООО «Дизайн-ПолиграфСервис», 2002. — 658 с.

Основные термины (генерируются автоматически): характеристика насоса, увеличение вязкости, Q-H, перекачиваемая среда, перекачиваемая нефть, насос, полезная мощность, различное значение вязкости, изменение вязкости, пересчет характеристик.

moluch.ru

Насосы для перекачки нефти на магистральном нефтепроводе

Вариант - 1

Технические характеристики

Материальное исполнение

Электродвигатель

Объем поставки

  • Насос и электродвигатель;
  • Муфта с защитой;
  • Рама-основание с комплектом анкерных болтов;
  • Детектор утечки, датчик вибрации и датчик температуры.
  • Взрывозащищенная распределительная коробка;
  • Комплект фланцев.

График рабочих характеристик насоса для перекачки нефти

Габаритный чертеж насоса для перекачки нефти

Вариант - 2

Технические характеристики

Материальное исполнение

Электродвигатель

Объем поставки

  • Насос и электродвигатель;
  • Муфта с защитой;
  • Рама-основание с комплектом анкерных болтов;
  • Детектор утечки, датчик вибрации и датчик температуры.
  • Взрывозащищенная распределительная коробка;
  • Комплект фланцев;

График рабочих характеристик насоса для перекачки нефти

Габаритный чертеж насоса для перекачки нефти

Вариант - 3

Технические характеристики

Материальное исполнение

Электродвигатель

Объем поставки

  • Насос и электродвигатель;
  • Муфта с защитой;
  • Рама-основание с комплектом анкерных болтов;
  • Детектор утечки, датчик вибрации и датчик температуры.
  • Взрывозащищенная распределительная коробка;
  • Комплект фланцев;

График рабочих характеристик насоса для перекачки нефти

Габаритный чертеж насоса для перекачки нефти

Вариант - 4

Технические характеристики

Материальное исполнение

Электродвигатель

Объем поставки

  • Насос и электродвигатель;
  • Муфта с защитой;
  • Рама-основание с комплектом анкерных болтов;
  • Детектор утечки, датчик вибрации и датчик температуры.
  • Взрывозащищенная распределительная коробка;
  • Комплект фланцев;

График рабочих характеристик насоса для перекачки нефти

Габаритный чертеж насоса для перекачки нефти

Вариант - 5

Технические характеристики

Материальное исполнение

Электродвигатель

Объем поставки

  • Насос и электродвигатель;
  • Муфта с защитой;
  • Рама-основание с комплектом анкерных болтов;
  • Детектор утечки, датчик вибрации и датчик температуры.
  • Взрывозащищенная распределительная коробка;
  • Комплект фланцев;

График рабочих характеристик насоса для перекачки нефти

Габаритный чертеж насоса для перекачки нефти

Вариант - 6

Технические характеристики

Характеристики перекачиваемой среды

Материальное исполнение

Электродвигатель

Объем поставки

  • Насос и электродвигатель;
  • Муфта с защитой;
  • Рама-основание;

График рабочих характеристик насоса для перекачки нефти

Вариант - 7

Технические характеристики

Характеристики перекачиваемой среды

Материальное исполнение

Электродвигатель

Объем поставки

  • Насос и электродвигатель;
  • Муфта с защитой;
  • Рама-основание.

График рабочих характеристик насоса для перекачки нефти

Вариант - 8

Технические характеристики

Материальное исполнение

Электродвигатель

Объем поставки

  • Насос и электродвигатель;
  • Муфта с защитой;
  • Рама-основание с комплектом анкерных болтов;
  • Детектор утечки, датчик вибрации и датчик температуры.
  • Взрывозащищенная распределительная коробка;
  • Комплект фланцев;

График рабочих характеристик насоса для перекачки нефти

Габаритный чертеж насоса для перекачки нефти

ence-pumps.ru

Влияние вязкости на рабочие характеристики центробежных насосов - Бурение и Нефть

Журнал входит в перечень ВАК

(495) 979-13-33, (495) 971-65-84, (925) 384-93-11, (909) 670-44-09, тел./факс: (499) 613-93-17

Influence of viscosity on centrifugal pumps’ working characteristics

S. Abakhri, M. Perelman, S. Peshcherenko, A. Rabinovich, Novomet-Perm, CJSC

Обычно рабочие характеристики погружных насосов на высоковязкой жидкости рассчитывают по его характеристикам на воде, используя эмпирические зависимости, установленные более 50 лет назад. Ошибка такого расчета составляет 10 – 25% и обусловлена изменением конструкции насосов за это время. Нами проведены прямые измерения рабочих характеристик серийных насосных ступеней ЗАО «Новомет-Пермь» 3, 4, 5 и 5А габаритов с номинальными подачами до 300 м³/сут в диапазоне вязкостей 10 – 400 сСт. Погрешность измерений напора, подачи и мощности составила 5%. Предложена методика подбора насоса для скважин с высоковязкой нефтью.

The authors conducted direct measurements of working characteristics of series’ pump stages of Novometperm CSC. 5% was measuring error of thrust, supply & power. There are proposed methods to choose a pump for wells with high-viscous oil.

Вопрос влияния вязкости жидкости на рабочие характеристики центробежного насоса находился в центре внимания в течение многих десятилетий. С каждым годом запасы легко добываемой маловязкой нефти сокращаются и все более актуальной становится задача добычи вязкой нефти. Во многих случаях ее добыча возможна серийными центробежными насосами, однако при их подборе к скважине следует учитывать влияние вязкости на рабочие характеристики.В настоящее время для прогнозирования рабочих характеристик насосов, перекачивающих вязкие жидкости, применяются две группы моделей: эмпирические и вычислительные.Эмпирические методы позволяют получить характеристики насоса, перекачивающего вязкую жидкость, на основании пересчета с характеристик на воде, по безразмерным параметрам и поправочным коэффициентам, полученным из экспериментов на высоковязких жидкостях. Зачастую такие методы дают приемлемые результаты, только когда насос работает в точке оптимальной эффективности, что является сильным ограничением в случае когда центробежный насос используется для подъема жидкости из неф­тяной скважины. Это происходит потому, что поправочные коэффициенты проходили для модельных насосов, а не тех, к которым в дальнейшем применяется этот метод. Преимущество данного метода заключается в быстром определении характеристик, если имеются данные по испытаниям на воде аналогичных насосов. Один из эмпирических методов был предложен Л.И. Степановым [1] для центробежных насосов. Другой был предложен институтом гидравлики, США [2], где насосы различных размеров испытывались в широком диапазоне расхода и напора для вязкостей жидкости между 1 сСт и 3600 сСт. Процедура Й.Ф. Гулича [3] опирается на оценку вязких потерь внутри насоса.По данным Й.Ф. Гулича и В.Г. Ли [4], институт гидравлики проводил испытания в узких пределах быстроходности насоса, не свойственных нефтяным насосам. В.Г. Ли собрал данные по работе стандартного насоса API на воде и нефти с вязкостью от 1 до 200 сСт. Его поправочные коэффициенты расходились с коэффициентами института гидравлики на 10% для напора, 5% для подачи и 9,7% для КПД.В докладе [5], представленном на ежегодной выставке-конференции общества инженеров-нефтяников США в 2007 г., говорится, что подобные методики получения поправочных коэффициентов могут быть некорректны в случае насосов, отличных от модельных.Советский ученый П.Д. Ляпков [6] предложил свою методику, которая основана на экспериментальных данных испытаний погружных насосов на вязкой жидкости. В ней предложены коэффициенты пересчета напора и КПД для разных подач, зависящие от вязкости жидкости. Многие отечественные нефтяные компании используют способы пересчета, основанные именно на методике П.Д. Ляпкова.Вычислительные модели используют вычислительную гидродинамику (computational fluid dynamics, CFD) для расчета потока внутри каналов насоса и определения влияния вязкости на конечную характеристику. Их основные недостатки: они трудоемкие, занимают много времени, используют эмпирические модели турбулентности, протестированные для условий, сильно отличающихся от исследуемых, и поэтому зачастую не дают верных прогнозов характеристик. Понятно, что предпочтительнее выбирать эмпирическую модель, т. к. ее точность и применимость много выше, чем у вычислительной. Как показано выше, результаты эмпирических методик зависят от конструкции насосов и условий испытаний и могут сильно отличаться друг от друга. Конструкции нефтяных насосов постоянно совершенствуются: появляются новые технологии производства ступеней, например порошковая [7], или новые, центробежно-вихревые и энергоэффективные ступени [8]. Поэтому не корректно применять к современным центробежным насосам обобщенные методики, разработанные несколько лет, а иногда и десятков лет назад. Для точного пересчета характеристики погружного насоса с воды на вязкую жидкость необходимо экспериментально определить зависимость изменения его рабочих характеристик от вязкости жидкости. Появление компьютеризированных стендов с точными электронными датчиками позволяет снять реальные параметры ступеней намного быстрее и точнее, чем получить с помощью CFD расчета.

Рис. 1. Схема стенда для испытаний насосов на высоковязкой жидкости1 – бак с вязкой жидкостью, 2 – двигатель, 3,4 – датчики давления, 5,6 – датчики температуры, 7,8 - краны, 9 – испытуемый насос, 10 – расходомер

Экспериментальная установка и испытания

Для прямого определения характеристик погружных нефтяных центробежных насосов при работе на высоковязкой жидкости разработан стенд, схема которого представлена на рис. 1. Давление на входе в насос поддерживается за счет уровня жидкости в баке 1 на уровне 0,1 атм. Диаметр подводящего трубо­провода 60 мм для предотвращения кавитационного срыва подачи. В качестве рабочей жидкости используется раствор глицерина в воде. Вязкость рабочей жидкости можно задавать в пределах от 1 до 1000 сСт за счет системы термостатирования (в пределах 20 – 55°С), находящейся в баке 1, и изменения концентрации глицерина. Температура жидкости на входе в насос выдерживается с точностью ±2°С. Нагрев жидкости при прохождении через насос 9, состоящий из 3 – 7 ступеней, не превышает 3 – 4°С. На рис. 2 приведена типичная зависимость вязкости модельной жидкости от температуры, при содержании 95% глицерина и 5% воды. Расход жидкости измерялся расходомером объемного типа с диапазоном подач 60 – 600 м3/ч, диапазон измеряемой вязкости 1,1 – 6 сСт. Для корректирования показаний расходомера при других подачах и вязкости перекачиваемой жидкости была произведена проверка при помощи мерной емкости. Установлено, что в диапазоне подач 0 – 400 м3/сут и вязкости перекачиваемой жидкости от 1 до 400 сСт показания погрешности расходомера составляет около 3 – 5%. Частота вращения вала насоса – 2910 об/мин. Момент на валу насоса измерялся моментной муфтой класса точности 0,1.

Рис. 2. Зависимость вязкости модельной жидкости от температуры

Давление, создаваемое насосом, регистрировалось с помощью датчиков давления, установленных до и после насосной сборки (рис. 1, поз. 3, 4). Данный метод сравнивался с методом снятия давления непосредственно в ступени, через отверстие в стенке направляющего аппарата, и данные напора на ступень совпали.В ходе работы испытаны серийные ступени производства ЗАО «Новомет-Пермь». Перечень приведен в табл. 1.

Табл. 1. Перечень ступеней, испытанных на высоковязкой жидкости (указана номинальная подача, м3/сут)

В ходе экспериментов установлены общие закономерности для некоторых типов ступеней, в частности падение КПД ступеней сильнее c уменьшением быстроходности, что согласуется с результатами [1]. К примеру, при увеличении вязкости от 1 до 40 сСт КПД ступени ВНН 5А-34 понизился в 5 раз (рис. 3), в то время как КПД ступени ЭЦН 5А-225 снизился лишь в 2,7 раза (рис. 5).Установлено, что вязкость не оказывает влияния на вихревой эффект в центробежно-вихревых ступенях погружных насосов, рассчитанных на малые и средние подачи. Испытаны ступени с номинальными подачами 25, 79 и 125 м3/сут с вихревым венцом и без. Характеристики соответствующих ступеней совпали. Отличие в характеристиках сопоставимо с погрешностью измерений. В целом, общих закономерностей по изменению напорно-расходных характеристик для всех типов испытанных погружных насосов не прослеживается (рис. 4, 6).

Рис. 3. Зависимость КПД от подачи ступени ВНН 5А-34 при разных вязкостях: 1 – 130 сСт, 2 – 55 сСт, 3 – 40 сСт, 4 – 1 сСт

Рис. 4. Зависимость напора от подачи ступени ВНН 5А-34 при разных вязкостях: 1 – 130 сСт, 2 – 55 сСт, 3 – 40 сСт, 4 – 1 сСт

Рис. 5. Зависимость КПД от подачи ступени ЭЦН 5А-225 при разных вязкостях: 1 – 130 сСт, 2 – 55 сСт, 3 – 40 сСт, 4 – 1 сСт

Рис. 6. Зависимость напора от подачи ступени ЭЦН 5А-225 при разных вязкостях: 1 – 130 сСт, 2 – 55 сСт, 3 – 40 сСт, 4 – 1 сСт

Рис. 7. Зависимость напора от подачи ступени ЭЦН 5А-225: 1 – 40 сСт, эксперимент; 2 – 40 сСт, пересчет по методике [5]

Рис. 8. Зависимость КПД от подачи ступени ЭЦН 5А-225: 1 – 40 сСт, эксперимент; 2 – 40 сСт, пересчет по методике[5]

На рис. 7 – 8 приведено сравнение полученных результатов с расчетом по методике [5]. В рабочей зоне ступени расчет по [5] приводит к ошибке на 10 – 25%. На практике это приведет к аварийному срыву подачи и подъему установки.В результате экспериментов выведены полиномиальные зависимости характеристик каждой насосной ступени от вязкости жидкости, что позволяет оценить рабочие параметры ступеней погружных насосов, такие как развиваемый напор, подача и потребляемая мощность, при перекачке пластовой жидкости в широком диапазоне вязкостей (от 1 до 400 сСт). Подтверждено, что законы подобия сохраняют силу при перекачке жидкостей любой вязкости, но с меньшей степенью точности, чем для воды [1]. При увеличении числа оборотов потребляемая мощность увеличивается меньше, чем по кубу числа оборотов, а напор увеличивается больше, чем по квадрату. Также подтверждено, что с увеличением вязкости ее вредное влияние ослабевает, в том смысле, что при увеличении вязкости от 1 до 20 сСт характеристики уп

burneft.ru