Компрессорные и насосные установки

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Самотлорское месторождение введено в разработку в 1969 году. Разрабатывается в соответствии с проектом, составленным в 1981 году институтами СибНИИНП и ВНИИнефть (на базе запасов, утвержденных в ГКЗ СССР в 1971 году), утвержденным постановлением коллегии МНП (протокол № 46 от 26.08.82г.) и Центральной комиссией по разработке нефтяных месторождений СССР (протокол № 989 от 14.07.82г.). В последующем, в Авторских надзорах вносились уточнения в порядок освоения месторождения. В частности, в 1986 году совместно с геологическими службами ПО «Нижневартовскнефтегаз» была составлена программа «Комплексных мероприятий по совершенствованию и интенсификации разработки Самотлорского месторождения», предусматривающая работы по повышению эффективности использования насосного фонда добывающих и нагнетательных скважин, совершенствование системы воздействия. Были сформулированы основные направления по улучшению текущего состояния оборудования. Оценивая перспективы нефтедобычи, Центральная комиссия приняла решение о дальнейшем наращивании отборов жидкости на месторождении до 597 млн. т в 1990 году, снижая тем самым сложившиеся темпы падения добычи нефти. Протоколом Центральной комиссии № 1267 от 11.08.87 года были скорректированы уровни добычи нефти. В 1987 году по Самотлорскому месторождению был проведен пересчет запасов нефти и газа.Балансовые запасы нефти и газа составили: -по категории АВС1 - 6469,9 млн. Т; -по категории С2 - 487,2 млн.т. Запасы природного газа – 195,216 млрд. м3, конденсата – 23.062 млн. т (протокол ГКЗ СССР № 10344 от 15.12.87г.). С учетом сложившихся тенденций в разработке месторождения, подсчете запасов нефти и газа ЦКР МНП поручили СибНИИНП, МНТК «Нефтеотдача» составить уточненный проект разработки месторождения (протокол № 1267 от 11.08.87г.). При составлении проекта особое внимание уделено детальным исследованиям в области эксплуатации насосного и компрессорного оборудования и анализу процесса модернизации. Проведен комплекс целенаправленных работ по течению процесса. Результаты всесторонних исследований были положены в основу формирования модели оборудования предприятия . Технико-экономические и технологические расчеты производились на основе постоянно действующей модели работы предприятия.

 

 

 

Компрессорные и насосные установки (компрессионные машины и установки ) представляют собой комплексы технических устройств, предназначенных для повышения давления сжимаемых (газов и паров ) и несжимаемых (капельных ) жидкостей за счет подведения к ним извне механической энергии. Часто создаваемое при этом давление используется для перемещения жидкостей на определенные расстояния. К компрессионным машинам относятся насосы, вентиляторы, дымососы, компрессоры, газлифты, сифоны, дымовые трубы, вентиляционные шахты и другие устройства, работающие по принципу самотяги. Компрессор служит для сжатия, повышения давления и перемещения (транспортирования) воздуха или газа Компрессор - основа компрессорной установки, в состав которой помимо него входят вспомогательные межступенчатые аппараты, привод, газовые трубопроводы и различные системы смазки, охлаждения и регулирования. Компрессоры нашли применение в различных отраслях промышленности. Компрессоры классифицируют по назначению, принципу действия, конечному давлению, подаче, способу отвода теплоты, типу привода виду установки. По назначению компрессоры классифицируют в зависимости от вида производства в котором их используют (общего назначения, химические, газоперекачивающие и др.), а также по непосредственному назначению (пускового воздуха тормозного воздуха перекачивающие). По принципу действия компрессоры подразделяют на объёмные и динамические. К первым относят поршневые компрессоры с возвратно-поступательным движением поршня, роторные (пластинчатые) с вращательным движением поршней вытеснительных, винтовые с роторами переменного шага и мембранные, в которых мембрана играет роль поршня. Динамические компрессоры (турбокомпрессоры) делят на центробежные с потоком газа натравленным радиально от центра к периферии, и осевые с потоком газа движущимся в осевом направлении при вращении колеса с лопатками. По конечному давлению различают компрессоры низкого давления, создающие давление газа 0,2 - 1,0 МПа (2-10 кгс/см2), среднего - 1-10 МПа (10-100 кгс/см2), высокого - 10 - 100 МПа (100 - 1000 шс/см’), и сверхвысокого давления - свыше 100 МПа (1000 кгс/см2). По подаче компрессоры делят на машины с малой (до 0,015 м3/с), средней (0,015 - 1,5 м3/с) и большой (свыше 1,5 м3/с) подачей, различной для каждого типа компрессора (объемного или динамического).

 

 

 

По способу отвода теплоты компрессоры подразделяют на машины с охлаждением (воздушным или водяным) компрессора и нагнетаемого газа и типу привода - компрессоры с электродвигателем, паровой или газовой турбиной, ДВС; по виду установки - на стационарные (на фундаменте или специальных опорах) и передвижные (на шасси и раме).                                                                                                                           Насосы- компрессионные машины, предназначенные для повышения давления капельных жидкостей. Вакуумные насосы используется для создания разрежения и отсоса газов и паров из полостей, в которых поддерживается давление ниже атмосферного. Вентиляторы и дымососы-малонапорные, со степенью повышения давления (степенью сжатия ) до 1,15, компрессионные машины для сжимаемых жидкостей.                           Компрессоры-средне- и высоконапорные компрессионные машины, со степенью повышения давления более 1,15, при этом средненапорные (охлаждаемые ) машины со степенью сжатия 1,15...3,0 и искусственным охлаждением сжимаемого газа.            Поршневые насосы-древнейшие из существующих в настоящее время машин. Пожарные насосы с ручным приводом строили в Древней Греции более 2000 лет назад. Современные насосы с ручным приводом имеют все основные элементы древних насосов. Изобретение центробежных насосов относят ориентировочно к 1700 г., однако они стали широко применяться лишь после появления быстроходных электродвигателей. Первые вентиляторы, также центробежные, приводились в действие вручную и обладали низкой эффективностью. Основы теории лопастных машин были заложены Л.Эйлером в 1754 г. Совершенствование конструкций центробежных машин связано с именами А.А.Саблукова (Россия ) и О.Рейнольдса (Англия ). дальнейшему развитию М.М.Федорова, А.П.Германа, Г.Ф.Проскуры, И.И.Куколевского, А.А.Ломакина, К.А.Ушакова, М.И. Невельсона, Б.С.Стечкина, В.Ф.Риса (Россия ), А.И.Степанова (США), Б. Экка и К. Пфлейдера (ФРГ). Разработка и интенсивное использование осевых компрессионных машин начались в 20-е гг. ХХ в., после создания Н.Е.Жуковским теории этих машин. В различных технических устройствах применяются гидропередачи-устройства, предназначенные для передачи механической энергии от вала двигателя к валу машины, приводимой в движение гидравлическим способом. Как правило, указанные элементы гидропередачи совмещаются в одном конструктивном блоке. Гидравлические двигатели, насосы и гидропередачи (работающие на несжимаемых, капельных жидкостях) составляют класс гидравлических машин, классификация которых по энергетическому и конструктивным признакам. (табл.1)

 

 

 

                            (табл.1) классификация гидравлических машин                                                                  Общая классификация компрессионных машин для подачи жидкостей и газов по констрктивным признакам и виду сжимаемой и перемещаемой среды. (табл.2)

                (табл.2) классификация компрессионных машин для подачи жидкостей и газов   Кроме рассмотренных компрессионных машин в ТЭЦ имеются не показанные на схеме дренажные насосы для сброса загрязненной воды и масляные насосы, обеспечивающие подачу рабочего тела в систему регулирования турбин. Подавляющее большинство современных технологических процессов промышленного производства осуществляется в жидкой фазе.

 

Поскольку перемещаемые жидкости неодинаковы по вязкости, температуре и коррозионным свойствам, необходимо использовать специальные насосы. Системы водоснабжения городов, канализации и очистных сооружений требуют применения специальных насосов, способных перекачивать жидкости с механическими примесями.

На всем протяжении магистральных газопроводов установлены компрессорные станции, основу которых составляют компрессоры, создающие давление газа для преодоления сопротивлений (потери давления ) по длине газопровода. Наибольшее распространение получили воздушные компрессоры, что продиктовано значительной потребностью в сжатом воздухе при решении многих производственных задач. Совершенствование компрессоров и насосов продолжается и в настоящее время. Возрастающий обьем промышленного производства и широкое применение этих машин обусловливают необходимость создания машиностроительными заводами новых конструкций и увеличения их подачи.

Гидравлика — наука о законах движения и равновесия жидкости и приложения этих законов к решению производственных технологических задач. На законах гидравлики основан расчет трубопроводов, гидромашин, гидротехнических сооружении, нефте- и газопроводов, а также многих гидравлических устройств, применяемых в технике. Гидравлика, в свою очередь, является одним из прикладных разделов более обшей науки — гидромеханики (механики жидкости). Гидравлика изучает капельные (несжимаемые) жидк0сти однако ее законы применимы и к газам в тех случаях, когда их давление и плотность почти постоянны. Для удобства изучения гидравлика условно подразделяется на два раздела, тесно связанных друг с другом, — гидростатику и гидродинамику. Гидростатика изучает законы равновесия жидкости и частые вопросы лишения жидкости на стенки сосудов, труб, плотин и тел, погруженных в жидкость, а также условия равновесия плавающих тел.

Гидродинамика изучяет законы движения жидкости, в частности, в трубах и открытых руслах, движения тел в жидкости и т.п. Предметом изучения гидравлики наряду с водой являются и другие жидкости, неорганические и органические, такие, как нефть и нефтепродукты, различные растворы и т.п.

 

Основоположником  гидравлики считают древнегреческого ученого Архимеда (250 Г. до н.э,), написавшего трактат «О плавающих телах». После длительного перерыва эта наука возрождается в Средних веках такими учеными, как С. Стевин (1548- 1620), Г.Галилей (1564 -1642), Б. Паскаль (1623-1662), Леонардо да Винчи (1452- 1529), Э.Торричелли (1608 - 1647), И. Ньютон (1642-1724). Как самостоятельная наука гидравлика начала формироваться в XVIII в, после выполнения в Петербургской академии наук М.В.Ломоносовым (1711 -1765), Д. Бернулли (1700-1782) и Л. Эйлером (1707 - 1783) научных работ, в которых они сформулировали основные законы движения жидкости. Значительный вклад в развитие гидравлики в XIX в. внес О. Рейнольдс, а позднее — отечественные ученые И,С. Громека, Н.П.Петров, В.Г.Шухов, и Н.Е.Жуковский, исследования которых в области механики жидкости стали классическими.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ НАСОСНОГО И КОМПРЕССОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

1.1. Узловые проблемы и направления  развития по продлению срока  эксплуатации оборудования

 

Непредвиденный выход из строя насоснокомпрессорного оборудования может повлиять как на экологическую безопасность, так и спровоцировать пожар на опасном производственном объекте. Эффективность эксплуатации любого оборудования во многом определяется совершенством методов технического диагностирования и ремонта. Традиционный плановопредупредительный метод обслуживания и ремонта на данный момент не может обеспечить поддержание оборудования в исправном состоянии во время эксплуатации. Межремонтный интервал зависит от времени жизни наиболее подверженных износу компонентов, таких, например, как подшипниковые узлы и уплотнения. Процедура ППР существенно уменьшает вероятность аварии, но не предохраняет механизм от неожиданных повреждений в межремонтный период, а необоснованные переборки только ускоряют износ узлов, так как вносят новые непредвиденные дефекты: перекосы осей, повышенные или заниженные зазоры и т.д. Основным принципом технического диагностирования и ремонта является принцип предупреждения отказов в работе оборудования при условии обеспечения максимально возможной его наработки. В практике эксплуатации и диагностирования насосно-компрессорного оборудования наиболее актуальными являются проблемы обеспечения надёжности, технической и экологической безопасности их функционирования, а также своевременное и качественное выявление неисправностей. Анализ отечественного и зарубежного опыта контроля технического состояния систем с вращательным движением силовых узлов показывает, что для обнаружения возможных отказов наиболее эффективен контроль технического состояния оборудования именно по вибропараметрам. Это обусловлено тем, что скрытые механические дефекты в данных системах проявляются весьма ограничено. Увеличение вибрации выше определённого уровня может привести к разрушению элементов оборудования или характеризовать разрушение. Таким образом, вибрация служит как причиной развития дефектов, так и их индикатором.

 

 

 

 

Научно-техническое предприятие «НТП Трубопровод» более 10 лет занимается проведением технического диагностирования насоснокомпрессорного оборудования. По итогам обследования можно сделать следующие выводы: -визуальный и измерительный контроль (ВИК) выявил нарушения у 75 % агрегатов; -вибродиагностический контроль (ВД) выявил нарушения у 50 % агрегатов; -другие методы неразрушающего контроля выявили нарушения у 5 % агрегатов.                                                                                              Наиболее часто встречающиеся дефекты ВИК: ослабление элементов крепления агрегатов и его узлов, нарушение герметичности (подтеки), коррозия, трещины, некачественные сварные швы.                                                                                                             Наиболее часто встречающиеся дефекты ВД: дисбаланс, расцентровка, дефекты подшипников (увеличенный зазор в подшипнике, эллипс- ность шейки вала подшипника и др.), кавитация, турбулентность. Таким образом, эксплуатация насоснокомпрессорного оборудования в технологических процессах предприятий характеризуется достаточно быстрым повышением уровня вибрации выше критических значений и, как следствие, сокращением межремонтных периодов. Исходя из этого, основными путями для уменьшения преждевременного выхода из строя насосного оборудования являются: -своевременное проведение вибромониторинга (непрерывного или периодического контроля), экспертизы промышленной безопасности или технической диагностики; -установка насосов согласно требованиям нормативно-технической документации (по типу, наличию блокировок и устройств безопасности и т.д.); -качественное проведение ремонтов (отсутствие перекосов осей валов, повышенных или заниженных зазоров, установка качественных комплектующих). Так же следует отметить, что проведение текущего, среднего и капитального ремонтов насосно-компрессорного оборудования целесообразно проводить по результатам непрерывного или периодического вибромониторинга, то есть исходя из фактического состояния оборудования. Для решения этой проблемы необходимо ответить, по крайней мере, на два вопроса: 
- какой тип компрессора использовать; 
- какова общая концепция обеспечения воздухом предприятия в целом, участка, рабочего места.

 

 

 

В России обеспечение воздухом всего предприятия традиционно осуществлялось от централизованной компрессорной станции. Данная концепция предполагала использование крупных поршневых или центробежных компрессоров, требующих постоянного наблюдения за их работой и обслуживания. Установка таких машин из-за производимого ими шума и вибрации непосредственно в цехах невозможна. Разветвленные пневмосети предприятий являются источником "головной боли" и значительных потерь сжатого воздуха. При выходе пневмотрубопроводов на улицу воздух охлаждается, теряя энергоемкость, в нем конденсируется влага, образуются гидратные и ледяные пробки, в цеха воздух поступает загрязненным влагой и продуктами коррозии трубопроводов, вызывая поломки и коррозию пневмоинструмента, пневмоцилиндров и т.п. 
 
На крупных компрессорных станциях необходимы ресиверы большой емкости, которые являются объектами Госгортехнадзора, то есть это еще один дополнительный контролирующий орган, со всеми вытекающими отсюда последствиями. 
Но отвлечемся на минуту от ответов на поставленные вопросы, и попробуем нарисовать картинку типичной компрессорной станции на обычном российском предприятии. 
Вот мы входим через проходную и идем в направлении главной компрессорной. Дорогу спрашивать необязательно, мы и так можем легко найти ее по трубопроводам. Трубы ржавые, провисшие, то здесь то там слышен характерный свист, это выходит воздух из поврежденных пневмосетей. По мере приближения к цели нашего пути, начинает ощущаться сначала легкая, а потом и все более сильная вибрация, а в непосредственной близости от компрессорной складывается впечатление, что мы попали в цех  кузнечно-прессового оборудования. Поршневые компрессоры требуют водяного охлаждения, поэтому наверху компрессорной можем заметить специальные водяные резервуары, которые «парят», награждая прохожих водяным туманом. Если же нам «посчастливилось» побывать на предприятии в зимнее время, то мы увидим обледенелые трубы, стены, огромные сосульки. Войдя в помещение компрессорной, первое, что бросается в глаза, это лихорадочно пульсирующая от вибрации стрелка манометра. Почему-то возникает желание поскорее заткнуть уши и ухватится за что-нибудь устойчивое. Все стены опутаны трубами, это система водяного охлаждения и собственно пневмосеть. 
Таким образом, как мы видим, дешевизна устаревшего оборудования обходится очень дорого.

Спрашивается, какие еще существуют варианты? Реальной альтернативой, безусловно, являются винтовые компрессоры. В данной статье мы не будем подробно останавливаться на принципе их действия и особенностях конструкции – это тема отдельного разговора. Скажем только, что действительно, появление винтовых (ротационных) маслозаполненных шумозаглушенных компрессоров вытеснило в промышленно развитых странах поршневые компрессоры в диапазоне производительностей от 1 до 100 куб.м./мин из области обеспечения производств сжатым воздухом с давлением до 15 атмосфер. 
По сравнению с поршневыми и центробежными, винтовые компрессоры обладают целым рядом преимуществ: 
- имеют низкий уровень шума и вибрации, малые габариты и вес и могут устанавливаться непосредственно в цехах, где потребляется воздух, не требуют для этого специального фундамента; 
- практически не имеют расхода масла (2-3 мгр/куб. м), в отличие от крупных поршневых компрессоров с лубрикаторной смазкой, соответственно и качество воздуха винтовых компрессоров на порядок выше и позволяет использовать их для питания самого современного пневмооборудования; 
- оснащены автоматической системой управления и контроля работоспособности, а потому безопасны, не требуют наблюдения за их работой, обладают большой надежностью, способны на длительную работу без обслуживания; 
- воздушное охлаждение винтовых компрессоров позволяет отказаться от громоздкой системы оборотного водоснабжения (градирня), а кроме того, дает возможность вторичного использования выделяемого в результате работы компрессора тепла, например для обогрева помещений в зимнее время.