Добыча и переработка природных ресурсов является доминирующей отраслью промышленности в нашей стране. Для того чтобы получить готовый продукт на основе сырой нефти, ее необходимо извлечь из земли и транспортировать от места добычи до места переработки. Эта процедура выполняется с помощью специализированного насосного оборудования. Для каждого этапа процесса требуется свой тип насоса для перемещения нефтепродуктов.
Конструкция насосов для нефтепродуктов
Перевалка нефтепродуктов должна отвечать многим требованиям и строится в соответствии со многими техническими условиями:
-
Корпус оборудования должен выдерживать значительные нагрузки.
-
Поскольку перекачиваемая жидкость классифицируется как легковоспламеняющаяся и взрывоопасная, насосы сконструированы так, чтобы быть максимально защищенными. Это значительно увеличивает вес оборудования.
-
Все компоненты насоса изготовлены из металла с антикоррозийным покрытием. Это связано с тем, что оборудование используется в суровых условиях и в основном устанавливается на открытом воздухе.
-
Для обеспечения безопасности насос оснащен сигнализацией утечки жидкости. Он может быть одинарным или двойным и устанавливается на механические уплотнения.
Особенности насосов для перекачки нефти
Установки, используемые в нефтеперерабатывающей промышленности, изначально строятся с учетом того, что они будут эксплуатироваться в суровых условиях. Насосы перекачивают масло на открытом воздухе и поэтому имеют коррозионностойкие корпуса, выдерживающие высокие и низкие температуры.
Производители масляных насосов изготавливают их для различных климатических условий, поскольку сырье добывается и перерабатывается по всей стране. Некоторые модели хорошо работают в условиях пустыни, другие - в суровых северных широтах.
Как добывается нефть
Нефть - это особый ресурс, который добывается с помощью чрезвычайно мощного оборудования. Он способен поднять продукт с большой глубины. Транспортировка осуществляется по трубопроводам.
Современное насосное оборудование используется для перекачки сырой нефти, темных и светлых продуктов и эмульсий нефтегазового характера. Эти установки способны транспортировать рабочую жидкость и перекачивать жидкости для промывки скважин, бурения и закачки сред для повышения производительности при добыче нефти.
Виды насосного оборудования для добычи нефти
Нефть обычно находится глубоко под землей, и для ее добычи требуются специальные скважины. Иногда залежи нефти в слоях породы плотные, и нефть стремится вытечь на поверхность после бурения, но в большинстве случаев ее приходится откачивать с помощью специального насосного оборудования. Классификация насосов, используемых при добыче нефти и газа, выглядит следующим образом
- глубинные насосы со всасыванием;
- всасывающе-нагнетательные насосы;
- многофазные;
- мембранные насосы;
- магистральная линия;
- гидравлические;
- пластинные;
- струйные;
- центробежные.
Каждый из этих типов оборудования имеет свою конструкцию и принцип работы. Таким образом, в зависимости от глубины подъема, расположения скважины и других параметров, буровики имеют возможность выбрать оптимальное оборудование.
Штанговые агрегаты
Всасывающие и напорные насосы являются основным оборудованием для подъема нефти с глубины. Они состоят из двух основных частей - подземной конструкции для захвата сырья и наземного оборудования со штанговым насосом и мощным двигателем. Буровые установки получили широкое распространение в нефтяной промышленности благодаря следующим преимуществам
- Бесперебойная работа в любых климатических условиях.
- Независимость от наличия почвенных газов в земле на месте добычи.
- Простота установки и ремонта, поскольку конструкция не содержит сложных электронных компонентов.
- Возможность работы с любым приводом.
- Высокая эффективность устройства.
Этот тип насосов, задействованных в нефтепереработке, делится на два основных вида, каждый из которых имеет свои отличия в конструкции и принципе работы: штанговые глубинные насосы (ШГН) - относятся к объемным агрегатам, которые работают за счет создания подпора. Физическое явление возникает, когда между породой, в которой находится нефть, и самим пластом создается разность давлений, что приводит к всасыванию. Принцип работы этих установок основан на следующих процессах:
- Когда шток устройства поднимается, он тянет шток вверх, что создает вакуум в рабочей камере, и жидкость стремится подняться от точки вытягивания.
- Нефтепродукты проходят через клапан и попадают в рабочий резервуар, не имея возможности вытекать из него обратно.
- После подъема до самой высокой точки стрела опускается, жидкость в резервуаре давит на клапан, автоматически закрывая его.
- Под давлением нефтепродукт начинает поступать в восходящую трубу.
- Учитывая, что шток, называемый поршнем, работает непрерывно, жидкость выкачивается из скважины равномерно.
Штанговые винтовые устройства - способны поднимать более густые нефтепродукты из нижней скважины. Принцип работы основан на вращении шнека в корпусе устройства, благодаря чему перекачиваемая масса выталкивается на поверхность. В то же время в пространстве перед шнеком создается область низкого давления, которая всасывает жидкость из резервуара. Постоянное вращение винтового стержня обеспечивает подъем масла на поверхность. Устройства с аналогичным принципом действия, но без стержня, часто встречаются в промышленности. Шнековый механизм приводится в движение непосредственно мощным электродвигателем, который устанавливается в верхней части скважины на поверхности. Такие блоки называются винтовыми.
Каждая из этих установок используется в большинстве нефтяных скважин по всему миру благодаря сочетанию высокого качества, производительности, надежности и относительно низкой стоимости.
Диафрагменные нефтяные устройства
Мембранные насосы для добычи нефти выпускаются в погружном и поверхностном исполнении. Принцип их действия основан на сокращении основного рабочего органа - мембраны, а их конструкция состоит из двух частей - гидравлической и приводной, каждая из которых содержит следующие компоненты: Гидравлическая часть - предназначена для всасывания и дальнейшей транспортировки жидкости к поверхности земли из точки на забое скважины и состоит из нескольких частей:
- Два клапана - для всасывания нефтепродуктов и поддержания давления в замкнутом пространстве.
- Резервуар, в который поступает жидкость из водохранилища и затем выталкивается по трубопроводу.
- Мембрана, разделяющая две части устройства, которая сжимается для обеспечения перепада давления и всасывания.
Приводной блок расположен в задней части мембраны и состоит из электродвигателя с фиксированной мощностью и системы соединительных элементов, которые приводят в движение основной рабочий элемент. Мембрана может быть плоской или сильфонной, различаясь количеством жидкости, одновременно подаваемой в рабочую камеру, и амплитудой хода. Поскольку в этом объемном насосе нет механических компонентов, находящихся в контакте, износ оборудования минимален. Именно по этой причине мембранные установки часто используются, когда масло содержит большое количество твердых частиц в своем составе.
Магистральные нефтяные агрегаты
Нефтяная промышленность занимается не только добычей "черного золота", но и переработкой сырой нефти в нефтепродукты, готовые для потребителя. Не все нефтеперерабатывающие заводы расположены в непосредственной близости от нефтяной скважины, что означает необходимость транспортировки на большие расстояния. Решением этой проблемы является использование на нефтеперерабатывающих заводах магистральных нефтяных насосов, которые имеют следующие преимущества:
- Производительность этих машин может составлять от 500 до 10 000 м3 в час перекачиваемой жидкости.
- Их конструкция позволяет работать как с жидкостями, так и с высоковязкими продуктами. Кроме того, можно беспрепятственно транспортировать жидкости с низким содержанием твердых частиц.
- Рабочие части поточной технологии изготовлены из термостойких материалов, что означает, что они могут работать с нефтепродуктами при температуре до 200 градусов Цельсия.
Как правило, привод этих машин находится в отдельном помещении - машинном зале. К корпусу прикреплен трубопровод, в который поступает жидкость благодаря действию поршневого механизма со сливным клапаном. Многофазные насосы способны работать без дыхания в течение длительных периодов времени, подвержены незначительному износу, легко ремонтируются и обслуживаются.
Мультифазные перекачивающие установки
Многофазные насосы похожи на магистральные насосы и предназначены для той же цели - перемещения сырой нефти с месторождения на нефтеперерабатывающий завод. Конструкция включает в себя привод - обычно электродвигатель - и систему крыльчатки. Эта технология используется в районах, где нефтяные месторождения содержат много природного газа, и отличается от обычных магистральных насосов по следующим критериям:
- В зависимости от работы той или иной ступени многофазной установки жидкость неизбежно смешивается с газами, образуя насыщенную смесь, пригодную для безопасной транспортировки.
- Мультифазный насос работает в сочетании с центробежным насосом, значительно повышая давление в системе при перекачке жидкости, что способствует эффективной транспортировке продукта в кратчайшие сроки.
- Центробежный насос в сочетании с мультифазной установкой способствует обратному разделению нефти и газа после транспортировки.
Таким образом, установка не только помогает перемещать основной продукт, но и способствует накоплению природного газа в специальных резервуарах для дальнейшего коммерческого использования, что значительно повышает рентабельность нефтепромысла.
Струйные насосы для перекачки нефти
Принцип работы потоковых устройств основан на столкновении двух потоков с разными скоростями, в результате чего происходит передача кинетической энергии от более быстрой среды к более медленной и движение жидкости. В качестве энергетических катализаторов здесь могут выступать как жидкости, так и газы, включая пар. Эти устройства представляют собой динамические машины трения, в которых отсутствуют движущиеся поршни и крыльчатки, поскольку жидкость сама приводит себя в движение, согласно принципу Бернулли. Струйные насосы для нефтепродуктов имеют следующие характеристики:
- Любая жидкость, которая используется в качестве рабочей жидкости, должна подаваться в устройство извне и иметь высокую скорость потока.
- Основной рабочий орган насоса должен быть погружен в обсадную трубу скважины и соединен на поверхности с рабочей камерой, двигателем и компрессором.
- Насосы помогают быстро поднять жидкость на поверхность и затем транспортировать ее к магистральным линиям. Однако из-за необходимости вспомогательного потока эффективность значительно ниже, чем у оборудования стержневого типа.
- В качестве рабочей жидкости может использоваться пассивная нефть или может происходить смешивание при подаче природного газа из той же скважины.
Струйные насосы не нашли широкого применения в нефтяной промышленности из-за низкого КПД, не превышающего 30%, но они надежны в эксплуатации и требуют ремонта гораздо реже, чем другое оборудование.
Центробежные насосы для нефтяной промышленности
Центробежные насосы используются не только в быту, но и в промышленности. Эти устройства для перекачки нефтепродуктов делятся на 3 основных типа:
- Консольный - работает за счет движения жесткой муфты с лопастями, которые с силой захватывают продукт, скручивая его и перемещая через выпускное отверстие.
- Двухпогружные - изготавливаются в различных модификациях, могут иметь два всасывающих патрубка, что позволяет осуществлять транспортировку в нескольких направлениях.
- Полупогружные, или подвесные, разделены на две камеры, одна из которых, отвечающая за забор жидкости, расположена в теле эксплуатационного пласта и состоит из всасывающего патрубка, направляющего аппарата и трубопровода. В течение этого времени двигатель, приводящий в действие аппарат, не находится в контакте с влажной средой.
Центробежные машины широко используются на нефтепромыслах благодаря своей высокой эффективности и экономичности. Кроме того, эти машины могут работать на значительных глубинах, обеспечивают непрерывность и равномерность транспортируемого потока, способны поднимать и перекачивать жидкость с крупными примесями в составе.
Погружные насосы для нефтяной промышленности
В некоторых случаях нефтяная промышленность рассматривает возможность использования подводных аппаратов для транспортировки продукции. Эти устройства используются не часто и устанавливаются в следующих случаях:
- Когда пласт залегает на значительной глубине, где наземная техника уже не справляется, а взрывное оборудование делает стоимость добычи слишком высокой.
- При наличии вакуумной среды в резервуаре для нефтепродуктов.
- Погружные машины могут работать в тандеме с поверхностными машинами, обеспечивая увеличение напора на выходе поверхностного трубопровода.
Оборудование погружается в нефтяной столб, что позволяет извлекать нефть со дна скважины.
Другие классификации оборудования
Помимо типа конструкции и принципа действия, все промышленные насосы, используемые на нефтеперерабатывающем заводе, подразделяются на следующие категории
По предельной температуре рабочей среды, извлечённой с места забоя
- до 80 °С;
- до 200 °С;
- до 400 °С.
Характерной особенностью в конструкции оборудования является наличие дополнительной уплотнительной втулки, которая защищает корпус оборудования и его рабочие части от перегрева.
В зависимости от сферы использования
- для добычи и транспортировки сырой нефти для переработки;
- для многоступенчатой переработки нефтепродуктов.
По материалу корпуса
- сталь;
- чугун.
Таким образом, производители предлагают к продаже широкий ассортимент продукции, и каждый потребитель, исходя из инженерных расчетов, гидрогеологических, климатических и других параметров, может выбрать оборудование, подходящее для его деятельности.
Насосное оборудование для нефтегазовой промышленности имеет обширную классификацию. Наиболее распространенным типом установки являются стержневые "качалки". В зависимости от физико-химических свойств извлекаемого из недр продукта при выборе специального оборудования учитываются критерии. Насосное оборудование требуется на всех этапах добычи, транспортировки и переработки сырья в готовую продукцию.