Оперативная поставка запчастей по РФ
для нефтяного оборудования и спецтехники
для нефтяного оборудования и спецтехники
В последнее время наметилась тенденция замены морально устаревших поршневых насосов на более современные плунжерные. В этой статье сравниваются конструктивные особенности и технологические возможности самого распространённого поршневого насоса 9Т и самого распространённого плунжерного - СИН32.
Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений немыслима без перекачки тех или иных жидкостей под высоким давлением.
В России традиционно применяют для этих целей поршневые насосы, в основном разработанные ещё в 30-40-х годах прошлого столетия. На первый взгляд, им нет альтернативы. Это отработанные десятилетиями конструкции, знакомые всем нефтяникам и газовикам.
В то же время, несмотря на кажущуюся простоту и привлекательность поршневых насосов, при их использовании всё чаще возникают вопросы, решить которые они просто не в состоянии. Так, например, при эксплуатации углеводородных месторождений требуется закачивать в скважины технологические жидкости под давлением 70-100 МПа и выше. А поршневые насосы в силу своих конструктивных особенностей не могут создавать давление выше 30-40 МПа.
Для наглядности сравним два насоса: самый распространенный поршневой 9Т и самый распространенный плунжерный - СИН32. У поршневого насоса уплотнение между поршнем и цилиндром осуществляется только одной кромкой самого поршня, которая не обеспечивает герметичности при работе на высоких давлениях. Поэтому необходимо увеличить количество уплотнительных элементов, а значит, и число уплотняющих кромок. Чем больше давление - тем больше уплотнительных элементов необходимо установить. Эта задача давно и успешно решена на плунжерном насосе, где уплотнение плунжера осуществляется пакетом уплотнительных элементов, а высокое давление создаётся без особых усилий.
Ресурс работы поршня с одной уплотняющей кромкой, естественно, значительно ниже, чем у пакета уплотнений плунжера с несколькими уплотнительными кромками. В поршневом насосе подвести смазку на рабочие поверхности поршня и цилиндра практически невозможно, что приводит к их быстрому износу. Сами поршни, используемые в насосах, резиновые, а резина далеко не лучший, особенно при работе в агрессивных средах, материал.
В отличие от поршневого в плунжерном насосе подвести смазку к неподвижному пакету уплотнений не представляет никакого труда, что значительно увеличивает ресурс их работы. При этом конструкция уплотнений плунжерного насоса позволяет применять самые современные полимерные и композиционные материалы, обладающие высокой стойкостью при работе в агрессивных средах и имеющие значительно больший ресурс по сравнению с резиной.
Специалистам известно, что чем больше частота вращения вала насоса (больше число двойных ходов в минуту), тем меньше габариты и вес самого агрегата при той же гидравлической мощности. Все поршневые насосы тихоходны в силу того, что резиновый поршень движется в цилиндровой втулке без смазки и, естественно, скорость его перемещения невелика. При её повышении поршень быстро нагревается и оплавляется.
В плунжерных же насосах пакет уплотнений смазывается, что позволяет ему безболезненно перемещаться с гораздо большей скоростью, поэтому плунжерные насосы по сравнению с поршневыми той же мощности имеют меньшие габариты и вес, а значит - большую удельную мощность.
Рис 1. Схема насоса СИН32
Слабое место любого насоса - узлы уплотнений движущихся частей, требующие постоянного внимания и периодической замены изношенных деталей, а значит, и остановки насоса. В плунжерном насосе такой узел один - это уплотнение плунжера (см. рис. 3, 4). В процессе его эксплуатации требуется периодическая замена недорогого пакета уплотнительных элементов и гораздо реже - самого плунжера.
Уплотнение тяги плунжеров (уплотнение корпуса) в современных насосах разработки завода «Синергия» заменено на неподвижное уплотнение путём введения в конструкцию гофрированного чехла оригинальной конструкции.
В поршневом насосе таких узлов три. Во-первых, это уплотнение поршня, движущегося во втулке, к тому же без смазки в агрессивных или абразивосодержащих жидкостях, что требует частой замены поршней и втулок. Следует отметить, что у поршня две кромки и выход из строя любой из них ведёт к остановке насоса.
Во-вторых, это уплотнение штока, в процессе эксплуатации которого необходима периодическая замена уплотнительных элементов и самого штока.
В-третьих, это уплотнение корпуса, которое также нуждается в замене уплотнительных элементов.
Сравнивая насосы 9Т и СИН32, следует обратить внимание на характер пульсаций давления в напорной магистрали. Из графика 1 мы видим, что оно с течением времени изменяется от нуля до максимального значения. В этом случае приходится применять мощные гасители пульсаций - демпферы. В плунжерном насосе, как видно из графика 2, хотя и имеются пульсации, но они незначительны, а в ряде случаев можно вообще обойтись без гасителей.
Поршневой насос 9Т имеет встроенный червячный редуктор. Известно, что коэффициент полезного действия червячной передачи не превышает 60%, а остальные 40%, образно выражаясь, обогревают за ваш счёт «мировое пространство». К тому же сама червячная передача быстро изнашивается и требует постоянного ухода и частого ремонта.
Рис. 2 Схема насоса Т9
В отличие от поршневого насоса 9Т в насосе СИН32 редуцирование вынесено из корпуса, что значительно упростило конструкцию и сделало её более надёжной. Редуцирование же осуществляется с помощью современного навесного планетарно-цилиндрического редуктора с передаточным отношением 12,5. Он отличается от аналогов небольшими габаритами, весом и высоким коэффициентом полезного действия (95%). С точки зрения ремонтопригодности такие редукторы, конечно, предпочтительнее встроенных в корпус. Его можно легко отремонтировать или заменить, не разбирая насоса.
Завод «Синергия» ещё в 1992 г. сделал выбор в пользу плунжерных насосов. И время подтвердило правильность этого решения. На сегодняшний день наше предприятие разработало и производит всю гамму плунжерных насосов, необходимых нефтяникам и газовикам, - как по мощности, так и по назначению.
По назначению насосы следует разделить на две группы. К первой относятся лёгкие и мощные насосы периодического действия с подшипниками качения в кривошипно-шатунном механизме - СИН32, СИН31. Они очень хорошо себя зарекомендовали на передвижных установках для цементирования, кислотной обработки скважин, гидроразрыва пластов и т.д., особенно в районах Крайнего Севера. Эти насосы очень просты в обслуживании и эксплуатации, не требовательны к качеству смазочных материалов, хорошо работают при отрицательных температурах в таких условиях, где импортная техника просто не функционирует.
Ко второй группе относятся насосы постоянного действия с подшипниками скольжения в кривошипно-шатунном механизме и принудительной системой смазки. Они предназначены для круглосуточной работы в течение длительного времени и применяются для поддержания пластового давления и при буровых работах. Надёжность их такова, что при правильной эксплуатации они не требуют ремонта в течение всего срока службы, а ремонт их значительно проще и дешевле, чем у традиционных насосов с подшипниками качения. Но эта группа насосов, аналогично двигателям внутреннего сгорания, нуждается в более квалифицированном и своевременном обслуживании. В эту группу входят такие насосы, как СИН46, СИН63, СИН61 и СИН71.
В отдельную группу можно выделить насосы СИН54 и СИН48, которые используются в насосных установках для проведения технологических испытаний на прочность и герметичность изделий и трубопроводов, работающих под давлением, а также для опрессовки скважин. Их отличительной особенностью является то, что они способны поднимать давление от 75 до 135 МПа с необходимой безопасной скоростью.
Все наши насосы отличаются простотой и быстротой обслуживания и ремонта. Так, монтажные крышки и корпуса уплотнений плунжеров клапанной коробки имеют оцинкованную трапецеидальную резьбу, что позволяет быстро, без лишних усилий и проблем производить их демонтаж в связи с заменой пакетов уплотнений, клапанов, пружин и т. д. К примеру, процесс замены клапанов занимает всего 20-30 минут, а плунжеров с уплотнительными элементами - 30-40 минут.
Интересны сравнительные данные, полученные по результатам эксплуатации буровых насосных установок с поршневыми и плунжерными насосами, связанные с материальными затратами на замену быстроизнашиваемых частей. В поршневом насосе это поршень, цилиндровая втулка, клапаны, уплотнительные элементы штока и корпуса. В плунжерном насосе это плунжеры, пакеты уплотнений, клапаны. Так, по данным независимых организаций (БК «Евразия», «Анега-Бурение», «Башнефть-Геострой») затраты на бурение 1 м составляют:
Таким образом, разница в затратах на 1 м проходки составляет 150-450% в пользу плунжерных насосов, а повышение стойкости сменных деталей позволяет бурить ствол протяжённостью 1-1,5 км без замены плунжеров и сёдел, то есть без остановки процесса. Практика показала, что стойкость плунжеров и сёдел при бурении составляет от 500 до 1 тыс. моточасов, пакетов уплотнений и клапанов - от 350 до 700 моточасов, в зависимости от режимов работы насоса и плотности буровых растворов.