Выбор насоса для нефтегазовой отрасли

Технологические и транспортные насосы в современной промышленности, как правило, проектируются и устанавливаются согласно одному из трех наиболее распространенных промышленных стандартов.

 

В США к насосам, используемым в сфере водоснабжения и перекачивание водных (неуглеводородных) сред, широко применяется совместный документ Американского национального института стандартов и Американского общества инженеров-механиков (ANSI/ASME). Основная цель данного стандарта - обеспечить такую взаимозаменяемость по размерам, которая позволит устанавливать насосы от Производителя A в пространство, изначально рассчитанное для оборудования от Производителя B.

 

Стандарты ASME B73.1 и ISO 5199

 

Широко применяемый стандарт по центробежным насосам ASME B73.1 появился в 1974 году, когда, после объединения стандарта Американского общества инженеров-механиков с аналогичным стандартом Института гидравлики, был издан совместный стандарт ANSI B73.1. Новый стандарт периодически обновляется, и текущая версия называется "Технические требования к горизонтальным центробежным насосам с односторонним всасыванием для химических процессов".

 

В кругах Международной организации по стандартизации (ISO), где нормой считается частота электросети 50 Гц, стандарт ISO 5199:2002 представляет "Технические требования к центробежным насосам. Класс II.” Стандарты ASME B73.1 и ISO 5199 не вполне взаимозаменяемы; разница заключается в региональных нормах частоты сети, B73.1 предназначен для частоты 60 Гц, а ISO 5199 - 50 Гц. Оба стандарта широко применяются во всем мире при проектировании центробежных насосов, даже за пределами их использования в химических процессах. Эти стандарты в основном охватывают одноступенчатые осевые (самовентилируемые) выпускные насосы с торцевым всасыванием, съемной конструкцией, монтируемые на раме. Однако каждый из этих стандартов может оказаться полезным в областях применения, связанных с другими частотами: частотно-регулируемые приводы в технологических насосах разных типов и размеров.

 

В целом, теми же принципами руководствуются и в вопросах взаимозаменяемости по размерам, когда речь идет о насосах, изготовленных в соответствии со стандартами ASME и ISO. В любом случае, основные размеры включают, помимо прочего, расстояние от монтажных поверхностей до оси вала насоса, а также высоту и расстояние от всасывающих до нагнетательных патрубков.

Рисунок 1. Технологический одноступенчатый насос съемной конструкции, монтируемый по осевой линии (изображение предоставлено компанией Hydro Inc.)

 

Насосы, соответствующие стандартам ANSI, ISO и API

 

Насосы, соответствующие стандартам ANSI/ASME и ISO, как правило, оснащены опорами (лапами), установленными в основании корпуса. Подъем оси вала насосов, соответствующих стандартам ANSI/ ASME и ISO в результате теплового расширения, может быть в три раза больше, чем у монтируемых по осевой линии насосов, соответствующих стандарту Американского нефтяного института (API). Много десятилетий Американский нефтяной институт издавал стандарт API 610, области применения которого включают перекачивание легковоспламеняющихся, токсичных и взрывоопасных в определенных условиях химических веществ.

 

В стандарте API 610 делается акцент на прочности, качестве и надежности. Насосы, соответствующие стандарту API, монтируются по осевой линии (рисунок 1), а требуемое расстояние от ведущего до ведомого конца вала составляет 7 дюймов. Распорные муфты поддерживают низкое угловое рассогласование и значительно упрощают демонтаж гидравлических узлов при необходимости замены или ремонта.

Рисунок 2. Вертикальный транспортный насос с демонтированным приводным двигателем, изготовленный по индивидуальному заказу (изображение предоставлено компанией Alfred Conhagen Inc.)

 

Выбор между доступными насосами

 

Стратегия выбора на основе опыта зачастую предполагает применение процедур, установленных на заводе Monsanto Chemical в Техас-Сити в 1970-х годах.1 Среди них была рекомендация использовать промежуточные подшипники, если произведение мощности на число оборотов устройства [кВ x об/мин] превышало 675 000.

 

Кто-то применял процедуры, установленные на заводе Monsanto.1 Также рекомендовалось тщательно оценивать насосы, соответствующие стандарту API 610, если достигается или превышается одно или несколько из следующих шести условий:

  • напор превышает 350 футов;
  • температура превышает 300 F для труб номинальным диаметром до 6 дюймов включительно; либо температура превышает 350 F для труб номинальным диаметром от 8 дюймов;
  • насосы с приводами мощностью более 100 л.с., от 75 кВт и выше;
  • давление на всасывании более 75 фунт/дюйм2 изб.;
  • расход превышает точку максимальной эффективности конкретного насоса;
  • скорость превышает 3600 об/мин.

К исключениям из этих шести правил следует подходить очень осторожно. Однако, чтобы сделать исключение, перекачиваемая жидкость должна быть невоспламеняющейся, нетоксичной и невзрывоопасной.

 

В целом, исключения возможны, если производитель доказывает, что насос годами успешно работал в аналогичных или даже более жестких условиях.

 

Передовой опыт

 

Пользователи самых передовых насосов получают долгосрочную безотказную работу своих агрегатов. Передовыми считаются только те производители, которые обладают подтвержденным успешным опытом работы. Такие производители насосов имеют безупречную репутацию и отличаются надежностью, качеством и своевременными поставками.

 

Исключения, которые делают такие компании при работе с индивидуальными техническими условиями владельцев-операторов насосов, должны тщательно оцениваться на предмет потенциального влияния на надежность. Процесс оценки позволяет проверить, как производители насосов понимают ожидания покупателя относительно долгосрочной надежности.

 

Поскольку в компетентных компаниях работают опытные специалисты, проводится эффективное обучение под руководством экспертов и имеются отделы по контролю качества и техническому контрою, стоимость их продукции считается рациональной.  Рациональная стоимость не то же самое, что низкая, хотя рациональная стоимость может действительно быть самой низкой с учетом прогнозируемых затрат в ходе жизненного цикла изделия.

 

Существуют сотни типов и конфигураций вертикальных насосов. На рисунке 2 представлен двухступенчатый насос, разработанный по специальному заказу для трубопроводного транспорта. В данном случае весь насосный элемент можно снять целиком для проведения технического обслуживания. Сначала снимаются опоры двигателя (с закрепленным на них двигателем), затем удаляются 24 винта, после чего можно поднимать весь насос.

 

Это пример конструкции, ориентированной на удобство пользователя с точки зрения технического обслуживания и общей надежности.2

При индивидуальном производстве насосов, в зависимости от предпочтений, предшествующего опыта пользователя и области применения, используется как стандарт API, так и другие стандарты. Продуманные конструкции можно получить не только от производителей оригинального оборудования, но и от инновационных компаний, занимающихся проектированием по индивидуальному заказу, и от специалистов по производству.

 

В любом случае владелец-оператор насоса должен составить документ, содержащий технические требования. Владелец-оператор насоса или команда специалистов, назначенная на работу по проекту, отправляют документ по почте как минимум двум или трем-четырем производителям. Их ответы и предложенная цена внимательно изучаются. Эти ответы наглядно демонстрируют предложения производителя.

Торцевое уплотнение на рисунке 3 - это типичный дополнительный пункт из шести или более, который предпочтительные поставщики услуг захотят внести, демонстрируя свое желание обеспечить высокую степень надежности изделия. Они должны с готовностью предоставлять перечень улучшений для пользователя.

 

Лучшие насосы

 

Дешевый насос может купить кто угодно. Термин "лучшие насосы" описывает гидрооборудование, характеристики которого выходят за пределы гидравлической эффективности и современной металлургии. В лучших насосах исключен риск в механической части, известной как сторона привода. Эта часть технологических насосов зачастую игнорируется, но именно на нее стоит обратить внимание в вопросах снижения затрат.

 

Отклонения от наилучших технологий повышает риск возникновения отказа. Если есть три, четыре или более отклонений, то их сочетание, скорее всего, приведет к отказу. В качестве аналогии можно привести аварию, когда один автомобиль ехал за другим. Если автомобиль ехал позади, (a) превышая скорость, (b) на изношенных покрышках, (c) по влажной дороге, (d) слишком близко к автомобилю перед ним, то в результате произошло столкновение. Если бы было только одно отклонение от нормы, то аварии можно было бы избежать. Если бы из четырех отклонений было только два, то эту историю и рассказывать не было бы смысла.

 

Излишняя экономия как со стороны производителей, так и со стороны покупателей насосов, отрицательно сказывается на стороне привода насоса. Неисправные компоненты на стороне привода вносят огромный вклад к повторяющиеся отказы, которые часто становятся проблемой технологических насосов. Неисправности на стороне привода необходимо устранять незамедлительно. В данной статье рассматривается, на что обращают внимание специалисты передовых компаний нефтегазовой отрасли при выборе лучших насосов.

 

Зачем настаивать на лучших насосах?

 

Профессионалы, разбирающиеся в вопросах надежности, с недоверием отнесутся к насосам, если подозревают наличие проблем на стороне привода. Специалисты, уделяющие должное внимание надежности, считают своим долгом изучить фактическую стоимость владения насосом, учитывая весь срок его службы, а не краткосрочные вложения. Мы знаем, что цена - это то, что вы платите, а ценность - то, что вы получаете.

 

Поскольку изучение чертежей насосов - это стандартная часть нашей работы, мы быстро поймем, что не все производители насосов учитывают опыт пользователей. Хотя с первого взгляда может показаться, что все в порядке, следует помнить, что в каждый отдельно взятый момент времени приблизительно 7% насосов на нефтеперерабатывающих предприятиях в США выходит из строя в три-четыре раза чаще, чем средний насос на этом предприятии.

 

Когда специалисты по надежности берут за правило проводить оценку чертежей насосов, они выясняют, почему эти 7% от всех действующих насосов выходит из строя относительно часто и иногда совершенно случайно. На чертежах видны зоны риска и слабые места, которые были обнаружены и устранены передовыми компаниями. Их эксперты узкого профиля устранили недоработки в процессе разработки спецификации и оценки, который включает в себя тщательное изучение и сравнение чертежей поперечного разреза и ведомостей материалов.

 

Среди обнаруженных серьезных недостатков, отклонений от наилучшей из имеющихся технологий или просто слабых мест эксперты называют следующие:

  • маслосъемные кольца (предназначенные для перемещения масла из камеры в подшипники) неправильно спроектированы и/или изготовлены;
  • сдвоенные упорные подшипники располагаются не в патроне. Таким образом, установка маслосбрасывающих дисков вместо дефектных маслосъемных колец невозможна;
  • уплотнение корпуса подшипника недостаточно качественное по сравнению с наилучшей из имеющихся технологий. В корпусе подшипника нет маслоспускных отверстий в тех местах, где скапливающееся масло будет перегреваться и лишать подшипники надлежащей смазки;4
  • неизвестно, какое именно устройство для поддержания постоянного уровня смазки будет поставлено. Если нет конкретных указаний, производители технологических насосов зачастую устанавливают наиболее дешевый вариант;
  • стоит подробно изучить каждый вопрос, а также учесть и другие аспекты.

 

Список использованных источников

 

  1. Дж. Х. Инграм, "Надежность насосов — с чего начать?", презентация на научно-практической конференции Американского общества инженеров-механиков в области нефти и газа, Даллас, штат Техас, 13-15 сентября 1981 г.
  2. Компания Alfred Conhagen Inc., Ла-Марк/Хьюстон, штат Техас, США
  3. Хайнц П. Блох, "Советы по насосам: решение проблем для операторов и специалистов" (2011 г.), изд. John Wiley & Sons, Нью-Джерси, ISBN 978-1-118-04123-9
  4. Блох/Элерт/Гайтнер, "Оптимизация смазки оборудования, технология масляного тумана и консервация для хранения" (2020 г.) портал Reliabilityweb, Форт-Майерс, штат Флорида

 

Хайнц П. Блох - автор и соавтор более 750 публикаций, в числе которых 22 книги по управлению техникой, анализу/предотвращению отказов, компрессорам, паровым турбинам, насосам и смазке. Получил степень бакалавра и магистра технических наук в области машиностроения в Технологическом институте Нью-Джерси. Эл. почта для связи с автором: heinzpbloch@gmail.com.