Основные характеристики насосов.
Мощность– отношение работы, затраченной насосом на перемещение жидкой среды к промежутку времени, в течение которого она совершена.
КПД -отношение полезно используемой энергии жидкой среды к суммарному количеству энергии, переданной этой среде.
Подача – характеризуется объемом жидкости, подаваемой насосом в напорный трубопровод в единицу времени, и измеряется обычно в м3/час, л/час, м3/сут.
Напор– представляет собой приращение удельной энергии жидкости на участке от входа в насос до выхода. Выраженный в метрах напор насоса определяет высоту подъема перекачиваемой жидкости и измеряется в метрах вод. ст., МПа.
Кавитационный запас – запас удельной энергии жидкой среды на входе в рабочее колесо, равный превышению напора жидкой среды над давлением парообразования жидкости.
Характеристика насоса – графическая зависимость основных технических показателей от давления (для объемных насосов) или от подачи (для динамических), при постоянных значениях частоты вращения, вязкости и плотности жидкой среды на входе в насос.
Рабочая часть характеристики – зона, в пределах которой рекомендуется эксплуатация насоса.
Принципы действия насосов.
Лопастные насосы– основным рабочим органом является лопастное колесо. Принцип действия всех лопастных насосов основан на том, что в результате движения жидкости, под действием центробежной силы, в центре колеса создается разрежение, а в периферийной его части – повышенное давление.
В центробежных насосах – поток жидкости направлен радиально.
В осевых насосах – поток жидкости, проходящий через рабочее колесо, направлен в осевом направлении.
В диагональных насосах – поток жидкости, проходящий через рабочее колесо, направлен по диагонали к рабочему колесу. КПД у крупных одноступенчатых насосов составляет 0,85 – 0,9; у высоконапорных многоступенчатых 0,4 – 0,46.
Вихревые насосы – особенность вихревых насосов заключается в том, что при движении внутри насоса жидкость многократно получает приращение энергии, за счет этого напор в 2-4 раза выше, чем у центробежных. Кроме того, вихревые насосы обладают всасывающей способностью. Недостатком является сравнительно низкий КПД: 0,25 –0,30 и быстрый износ деталей при работе с жидкостью, содержащей твердые частицы.
Поршневые насосы – состоят из рабочей камеры с всасывающими и напорными клапанами и цилиндра с поршнем, совершающим возвратно-поступательные движения.
Плунжерные насосы– вместо поршня имеют плунжер (полый цилиндр), движущийся в уплотняющем сальнике не касаясь внутренних стенок рабочей камеры. По гидравлическим параметрам поршневые и плунжерные насосы одинаковы, в эксплуатации поршневые насосы несколько сложнее, т.к. имеют больше изнашивающихся деталей.
Диафрагменные насосы – имеют вместо поршня гибкую диафрагму (мембрану), изгибающуюся под действием рычажного механизма.
Шестеренчатый насос – рабочим органом являются две шестеренки: ведущая и ведомая. При вращении шестерен жидкость поступает во впадины между зубьями и перемещается в напорную полость. Шестеренчатые насосы обладают реверсивностью, т.е. при изменении направления вращения шестерен они изменяют направление потока в трубопроводах.
Винтовые насосы – рабочими органами таких насосов являются однозаходный винт из нержавеющей или хромированной стали и двухзаходной обоймы из специальной резины. При вращении между винтом и обоймой образуются замкнутые полости, непрерывно перемещающиеся от всасывающей полости к нагнетательной.
По принципу действия насосы подразделены на динамические, в которых передача энергии жидкости происходит в рабочей камере, постоянно сообщающейся с входом и выходом насоса, и объемные, в которых перемещение жидкой среды происходит в результате изменения объема рабочей камеры, попеременно сообщающейся с входом и выходом насоса.
Динамические насосы:
а) лопастные:
· центробежные ЦНС, ЦН, НК, НГД, УЭЦН, УЭЦП.
· осевые ОВ, ОПВ.
б) насосы трения (вихревые) на ВКС, ВК, ЦВ.
Объемные насосы:
а) возвратно-поступательные:
- поршневые (одно- или многопоршневые) НД, ПТ, МГР.
- плунжерные (одно- или многопоршневые) НСН, НСВ
- диафрагменные (мембранные)
б) роторные (роторно-вращательные):
- зубчатые (шестеренчатые) НМШ, Ш
- винтовые (одно- и многовинтовые) ШВН
Наибольшее применение на установках сбора и подготовки нефти получили центробежные насосы исполнения:
· моноблочного, при котором рабочее колесо крепится на удлиненном валу электродвигателя;
· бескорпусного, при котором каждая ступень насоса выполнена в виде отдельной секции, а затем все ступени стягиваются длинными шпильками вместе с концевыми секциями, в которых расположены опоры.
1. Агрегаты ЦНС 300 – 120…540 и ЦНС 105 - 98…441 предназначены для перекачивания обводненной газонасыщенной и товарной нефти с температурой 0 - 45 оС плотностью 700-1050 кг/м3, содержание парафина не более не более 20%, содержание механических примесей размером твердых частиц до 0,2 мм, объемная концентрация 0,2%, обводненность не более 90%, давление на входе 0.5-6 кг/м3. Насосы ЦНС получили наибольшее распространение на объектах сбора и подготовки нефти.
2. Насосы типа НД – агрегат электронасосный дозировочной одноплунжерный, предназначен для объемного напорного дозирования нейтральных и агрессивных жидкостей. Эмульсий и суспензий с кинематической вязкостью 3,5х10-7 - 8х10-4 м2/с, с температурой до 100оС, с максимальной плотностью 2000 кг/м3, с концентрацией твердой неабразивной фазы не более 1%.
НД – тип агрегата с регулированием подачи вручную при остановленном агрегате. 1.0 – категория точности дозирования (не указывается в обозначении агрегата с 
предельным давлением 40,0 МПа).
3. Насос НВ 50/50 – погружной одноступенчатый, предназначен для перекачивания из подземных дренажных емкостей смеси воды и нефтепродуктов, содержащих твердые включения размером до 1 мм, объемная концентрация которых не превышает 1,5%.
4. Насосы типа ”Д” – горизонтальные насосы двустороннего входа с полуспиральным подводом жидкости к рабочему колесу. Предназначены для перекачивания воды и других жидкостей, сходных с водой по вязкости и химической активности, содержащие твердые включения размером до 0,2 мм, объемная концентрация которых не 
превышает 0,05%. Установка агрегатов во взрывоопасных помещениях не допускается. После цифр указывается климатическое исполнение и категория размещения насоса при эксплуатации по ГОСТ 15150 – 89. Установленный ресурс до капитального ремонта 12000 часов.
| Тип, марка оборудования | Подача, м3/час | Напор, м | Частота вращения, с-1 | Частота вращения, об/мин | Мощность, кВт |
| Д 200-40 | |||||
| Д 315-71 |
5. Насосы типа “Ш” - горизонтальные одноступенчатые, предназначены для перекачивания гидросмесей с мелкой твердой фракцией плотностью 1200 – 1500 кг/м3 и максимальным размером частиц до 20 мм.
6. Насос НА – артезианский многоступенчатый насос с рабочим колесом одностороннего входа. Предназначен для откачки из заглубленных резервуаров нефтепродуктов, содержащих твердые включения размером до 0,2 мм, объемная концентрация которых не превышает 0,2%.
7. Насосы ЦН-900-310, ЦН –100 - 300 горизонтальные спиральные, с рабочим колесом одностороннего входа. Предназначены для перекачки чистой воды и других жидкостей, сходных с водой по вязкости и химической активности, температурой до 100оС, содержащих твердые включения не более 0.005% по массе размером до 0,2 мм.
Насосные блоки.
В процессе сбора и подготовки нефти, когда давления жидкости (нефти, воды, эмульсии) уже недостаточно для ее дальней транспортировки приходится использовать специальное оборудование – насосы. Наибольшее применение на объектах добычи и подготовки нефти для перекачки жидкости нашли центробежные секционные насосы типа ЦНС.
Для защиты от воздействия климатических явлений (холода, дождей, ветра и т.п.) и удобства обслуживания насосное оборудование располагается в специальных помещениях, изготавливаемых в блочном исполнении. Поскольку процесс подготовки и перекачки нефти в основном непрерывный на объектах должны находиться резервные насосы для работы в случае отказа основных. Таким образом, в насосном блоке расположено два или несколько насосов и оборудование для их нормального функционирования.
Насосный блок включает в себя:
· несколько насосов;
· систему вентиляции;
· систему контроля технологических параметров;
· систему сбора утечек жидкости;
· систему раннего обнаружения и тушения пожаров;
· систему отопления.
Каждый насос имеет электродвигатель, выполненный во взрывозащищенном исполнении. Насос и электродвигатель размещаются, как правило, на металлической сварной раме и соединяются между собой с помощью полумуфт.
Вентиляция в насосном блоке приточно-вытяжная, причем сочетаются как искусственная, так и естественная вентиляция. Помещение насосной станции оборудуется одним или несколькими вентиляторами с электродвигателями. Для обеспечения естественной вентиляции в крыше насосного блока предусматривают отдушины, закрывающиеся колпаками для предотвращения попадания влаги. Загазованный воздух из помещения насосной станции отводится от вентилятора по воздуховоду, выход которого устанавливают на 1-1,5 м выше крыши помещения насосной.
Для автоматического контроля над работой насосов служит система контроля технологических параметров, которая оборудуется первичными и вторичными датчиками, с выводом показаний приборов на пульт управления, находящийся обычно в помещении обслуживающего персонала. Система контроля включает:
· контроль над состоянием газовоздушной смеси в помещении;
· контроль над температурой подшипников насосов и электродвигателей;
· контроль над давлением в приемной и нагнетательной линиях насосов;
Параметры работы насосов могут регулироваться как в ручном, так и в автоматическом режиме. Для защиты насосов при отклонении рабочих параметров от регламентных значений предусмотрена система блокировки, которая исключает случайный запуск насоса в случае аварийной остановки. Запуск насосов после аварийной остановки производится только после устранения неполадки и снятия блокировки на щите контрольно-измерительных приборов и аппаратуры.
Для предотвращения движения жидкости через насосы в обратную сторону на выкиде насосов установлены обратные клапана и задвижки с электроприводом. В случае отклонения параметров работы насосов от режимных происходит автоматическое отключение насосов, срабатывает звуковая и световая сигнализация, и электроприводные задвижки на выкиде закрываются.
Система сбора и откачки утечек состоит из дренажной емкости объемом 4 – 16 м3, оборудованной насосом НВ 50/50 с электродвигателем. Этот блок служит для сбора утечек от сальников насосов. Откачка жидкости из дренажной емкости осуществляется на прием основных технологических насосов. Уровень в емкости контролируется с помощью поплавковых датчиков, в зависимости от заданного верхнего и нижнего уровней.
Система раннего обнаружения и тушения пожаров включает в себя:
1. пожарную сигнализацию;
2. пожарный водоем или емкость;
3. пожарный насос (на больших объектах монтируется отдельный блок пожарных насосов);
4. систему пожарных трубопроводов для подачи воды;
5. пеногенераторы.
Система раннего обнаружения и тушения пожаров работает следующим образом. В случае возникновения пожара в помещении насосного блока в датчиках пожарной сигнализации перемыкаются контакты, что отражается на вторичном приборе - включается звуковая и световая сигнализация. Вторичный прибор устанавливают в помещении обслуживающего персонала. От вторичного прибора автоматически подается сигнал на пожарные насосы, которые включаются и осуществляют подачу раствора пенообразователя в помещение насосной станции на пеногенераторы. При прохождении пенообразователя через сетки пеногенераторов жидкость дробится и образуется пена, которая заполняет помещение насосного блока. Пена, заполняя помещение, вытесняет кислород, тем самым, предотвращая горение. Однако по следующим причинам автоматическое включение пожарных насосов используют редко.
1. В помещении насосного блока находится электрооборудование, работающее под высоким напряжением, и подача жидкости пенообразователя может вызвать замыкание.
2. При отсутствии прохода жидкости по пожарному трубопроводу вследствие засорения, замораживания или случайно закрытой задвижки на линии, может произойти разгерметизация трубопровода.
Поэтому при использовании автоматической системы пожаротушения необходимо осуществлять жесткий контроль над ее состоянием и готовностью к работе (особенно в зимнее время).
При получении сигнала о пожаре на объекте, где включение системы пожаротушения осуществляется вручную, оператор ООУ должен:
1. по возможности вывести насосный блок из работы;
2. при необходимости обесточить насосный блок;
3. включить систему пожаротушения от кнопки, выведенной на пульт управления насосным блоком, или запустив пожарные насосы вручную;
4. убедиться в работоспособности системы пожаротушения, при возникновении неисправностей устранить их.
На объекте должны проводиться испытания системы пожаротушения по графику, установленному руководством предприятия и согласованному с пожарной охраной. Так же помещение насосного блока должно быть снабжено первичными средствами пожаротушения в количестве, предусмотренном «Правилами пожарной безопасности» и в зависимости от площади помещения.
Отопление помещения насосного блока используется, как правило, в зимний период (при отрицательных температурах). Применяется в основном два вида отопления:
1. электрические обогреватели;
2. водяное отопление.
Режим работы электрообогревателей регулируется с помощью манометрического термометра, по которому заранее задается тепловой диапазон. Водяное отопление используют при наличии в непосредственной близости от объекта, где находится насосный блок котельной. Поэтому использование водяного отопления встречается редко, хоть оно и безопасней электрического.
Так как перекачиваемая насосами жидкость (нефть, нефтяная эмульсия) относится к классу взрывопожароопасных и в помещениях насосных блоков возможно взрывоопасной смеси при нормальных эксплуатационных условиях, к ним предъявляются повышенные требования безопасности при эксплуатации. Помещения насосных блоков относятся к классу взрывоопасной зоны «Зона 1» «В1а». Ввиду этого помещения насосных станций должны быть выполнены в соответствии с требованиями строительных норм и правил. На самом помещении должны быть нанесены предупредительные знаки и надписи «ОГНЕОПАСНО», «Зона 1» «В1а», «Ответственный за противопожарное состояние…».
При обслуживании насосного блока в обязанности оператора ООУ входит:
· проверка состояния помещения насосного блока;
· проверка работоспособности насосного оборудования;
· проверка состояния вспомогательного оборудования;
· проверка состояния и работоспособности контрольно-измерительных приборов;
· снятие показаний приборов;
· поддержание параметров работы оборудования в пределах регламентных значений;
· мелкий ремонт оборудования;
· сдача оборудования в ремонт, контроль над работой ремонтных служб, прием оборудования из ремонта.
Полная проверка оборудования насосных блоков осуществляется оператором ООУ в процессе приема и передачи смены, а контроль над его работой – в течение всей рабочей смены. Наибольшее внимание при обслуживании оператору приходится уделять насосам ЦНС.