Наиболее ответственными элементами КНС являются насосные агрегаты.
Требования, предъявляемые к ним, следующие:
- к.п.д. на рабочем режиме не ниже 70 – 75 %;
- равномерная подача;
- моторесурс при работе на максимальных параметрах не менее 7 – 10 тыс. ч, а продолжительность безостановочной работы – 600 – 1000 ч;
- минимальные габаритные размеры;
- устойчивость материала деталей гидравлической части к перекачиваемым жидкостям.
Насосы, используемые для закачки жидкостей в нефтяные пласты, как правило, специализированные, их основные параметры: подача от 2 до 1000 м3/ч, давление 3 – 50 МПа. Для закачки воды в пласт используются насосы двух типов – центробежные и плунжерные.
Центробежные насосы просты в монтаже и обслуживании, легко поддаются автоматизации и дистанционному контролю, могут длительно работать без обслуживающего персонала, обеспечивают высокую равномерность подачи. Однако они работают с пониженным к.п.д. при отклонении подачи от оптимальной. Получение малой подачи и больших давлений при высоком к. п. д. для них невозможно.
Насосы объемного действия (получившие за рубежом широкое распространение), как правило, выполняются многоплунжерными с рабочими давлениями до 50 МПа, числом оборотов коленчатого вала 250 – 1000 мин–1. Их к. п. д. при работе в широком диапазоне подач составляет 80 – 85 %.
Применяются трех-, пяти-, семи-, девятиплунжерные насосы одинарного действия, что обеспечивает нормальную работу приемных и напорных трубопроводов, на которых устанавливаются воздушные колпаки с разделительной мембраной. Скорость движения плунжеров достигает 1,2 – 1,5 м/с, причем в зависимости от длины хода изменяется максимальное число оборотов: для 75 мм – 450 – 500 мин–1, 100 мм – 400 мин–1, 125 мм – 350 мин–1, 150 мм – 230 – 260 мин–1.
Для изготовления плунжеров применяются высокоуглеродистые и нержавеющие хромистые стали с высокой поверхностной твердостью (HRC 55), получаемой в результате обработки ТВЧ. Рабочая поверхность плунжеров полируется, отклонение ее от цилиндрической формы допускается не более 0,01 – 0,02 мм. Известно использование керамических плунжеров.
Уплотнения плунжеров обычно изготавливаются из маслобензостойких резин или специальных эластомеров.
Вал насоса с двигателем соединяется:
- непосредственно с помощью компенсационной муфты – при использовании в качестве привода тихоходного ДВС или синхронного двигателя;
- с помощью зубчатого редуктора, монтируемого на фланце приводной части насоса;
- с помощью клиноременной передачи.
В нашей стране для нагнетания жидкости в пласт применяютсяцентробежные многоступенчатые секционные насосы ЦНС с подачей до 1000 м3/с, при давлении 0,4 – 20 МПа. В зависимости от типоразмера их к. п. д. изменяется от 44 до 80 %.
Напор насосов ЦНС регулируется изменением числа ступеней. Конструкция насоса представляет собой набор секций, зажатых между всасывающей и нагнетательной крышками и стянутых шпильками. Вал насоса установлен на подшипниках скольжения с принудительной смазкой, осевое усилие воспринимается упорным подшипником.
Для повышения долговечности основные детали насоса изготовляют из хромистых сталей: рабочие колеса и направляющие аппараты – литые из стали 20Х13Л, вал 40ХФА.
Насосный агрегат имеет систему смазки и охлаждения, которая подает масло к подшипникам при пуске и работе насоса, обеспечивает его охлаждение.
Рисунок 7 - Центробежный насос ЦНС 180-1900:
1 – крышка всасывания; 2 – рабочее колесо 1 ступени; 3 – направляющий аппарат 1 ступени; 4 ‑ рабочее колесо промежуточной ступени; 5 – направляющий аппарат промежуточной ступени; 6 ‑ секция; 7 – направляющий аппарат промежуточной ступени; 8 – крышка напорная; 9 – концевое уплотнение; 10 – подшипник скольжения; 11 – отжимное устройство; 12 – плита
Электрооборудование БКНС
Электрооборудование водонасосных станций может быть нормального исполнения, так как здесь взрывоопасные смеси отсутствуют. Водозаборные насосные станции на открытых водоемах снабжаются несколькими агрегатами с двигателями мощностью от 100 до 250 кВт (первого подъема) и 800-2500 кВт - на насосных второго подъема. На старых насосных станциях используются асинхронные двигатели. На современных насосных станциях применяются синхронные двигатели.
Система автоматики насосной станции обеспечивает возможность автоматического пуска резервного насоса при аварийной остановке рабочего насоса, самозапуск рабочих насосов после кратковременного перерыва электроснабжения, автоматическое управление задвижками во время пуска насосов, автоматическое управление электроотоплением.
Насосные станции второго подъема, а также приводные насосы для струйных установок применяются в блочном исполнении. Насосные агрегаты на заводе-изготовителе собирают в блоки, состоящие из рамы или понтона с ограждающими конструкциями из утепленных металлических панелей. В одном блоке монтируется от одного до шести насосных агрегатов, в зависимости от типа насоса и электродвигателя. В насосных второго подъема применяют синхронные двигатели мощностью 2500 кВт и асинхронные двигатели мощностью 200-1600 кВт напряжением 6 кВ.
Кустовые насосные станции обычно располагаются на небольшом расстоянии от нагнетательных скважин и оборудуются тремя - пятыо насосными агрегатами каждая. На КНС применяются синхронные двигатели 800-1000 кВт, 6 кВ и асинхронные короткозамкнутые 450-850 кВт, 6 кВ на 3000 об/мин (синхронных).
В нефтедобывающих районах с мощными водяными горизонтами закачка воды в пласт для поддержания пластового давления иногда производится с помощью погружных электронасосов. Такой насос откачивает пластовую воду из водозаборной скважины и подает ее в напорный трубопровод и далее в нагнетательные скважины. В частности, погружные насосы для поддержания пластового давления оснащаются погружными электродвигателями мощностью 125-700 кВт, питаемыми от сети 6(10) кВ через комплектное устройство типа КУПНА-700, в состав которого входит шкаф управления ШГС-9007. В этом шкафу размещена релейно-контакторная аппаратура, выполняющая логические функции по управлению погружным двигателем и его защите.
Комплектное устройство КУПНА-700 обеспечивает ручное и автоматическое включение и отключение электронасосной установки, а также управление ею с диспетчерского пункта или по программе; автоматическое повторное включение электронасосной установки после восстановления напряжения сети, если срабатывание защиты вызвано отклонением напряжения питания за пределы рабочей зоны (0,85-1,1)Uном; АПВ электронасосной установки с регулируемой выдержкой времени от 0,5 до 10 мин при восстановлении напряжения после его исчезновения; быстродействующую защиту, отключающую установку при перегрузке электродвигателя током более чем на (40-70) % Iном с выдержкой времени 1,5-2 с; отключение установки с выдержкой времени 18-28 с при срыве подачи жидкости насосом и снижении нагрузки по току электродвигателя более чем на 15 % от установившегося рабочего значения; невозможность повторного включения установки при срабатывании любого вида защиты, кроме случая срабатывания защиты, вызванного отклонением напряжения за пределы рабочей зоны; грозозащиту установки.
