Повышение надежности и наработки на отказ насосных агрегатов, продление срока их безопасной эксплуатации являются одними из наиболее актуальных задач в нефтегазовой отрасли, т.к. отказы и повреждения насосных агрегатов могут приводить к авариям и, как следствие, значительному материальному и экологическому ущербу, ухудшать экономические показатели предприятия и представлять собой угрозу жизни и здоровья работающего персонала.
Анализ результатов эксплуатации насосного агрегата 2НД6М300/160-УХЛ2 на действующем газовом промысле показал его недостаточную надежность ввиду существенного влияния на насосное оборудование ряда внутренних и внешних дестабилизирующих факторов, в том числе вибрации. В ходе исследования отказов насосного агрегата 2НД6М300/160-УХЛ2, представленного на рисунке 1, выявлено, что вследствие установки насоса в помещении с дополнительным, постоянно работающим оборудованием возникают нерасчетные резонансные отклики, зафиксировано повышение вибрации выше проектных значений. Также вибрация растет вследствие возникающих во время работы насосного агрегата нагрузок, превышающих проектные значения по причине эксплуатационной выработки оборудования и снижения его эксплуатационной надежности.
Установлено, что особенно большие нагрузки возникают в момент пуска насосного оборудования и при переходных режимах. Повышенная вибрация в момент пуска может привести к преждевременному выходу из строя подшипниковых узлов и агрегата в целом.
Первым этапом возникновения вибрации является пуск электродвигателя и появление вызванных этим электромагнитных сил, которые нарастают до момента страгивания роторной системы.
Второй этап – начало вращения. На этом этапе среднеквадратичное значение (СКЗ) виброскорости на подшипниковых узлах электродвигателя и насоса уменьшается.
Третий этап – возникновение сил гидромеханического происхождения и возрастание перепада давления на входе и выходе насоса. Во время данного этапа происходит второй подъем СКЗ виброскорости.
Четвертый этап – выход на рабочий режим и связанные с этим гидродинамические процессы в проточной части насоса.
Для снижения негативного воздействия вибрации на насосное оборудование предлагается применение виброизолирующей компенсирующей системы (ВКС).
ВКС представляет собой комплекс технических средств, включающий в себя следующие элементы:
1. Упруго-демпферные опоры. Они располагаются между фундаментом и рамой насосного агрегата, способны в десятки раз снижать передачу на фундамент вибрационных нагрузок, генерируемых насосом, и обеспечивают повышенную сейсмостойкость оборудования.
Был произведен расчет упруго-демпферных опор для насосного агрегата 2НД6М300/160-УХЛ2, в результате которого были определены следующие параметры:
На основании расчета был выбран тип амортизатора – А-500-I, представленный на рисунке 2. Его масса составляет 14,6кг, размеры 230 на 190мм.
2. Реактивные опоры патрубков насоса с амортизаторами. Они позволяют снизить передачу на корпус насоса механических напряжений трубопровода.
Одним из основных источников гидродинамических возмущений насоса являются турбулентные пульсации давления жидкости во всасывающем и нагнетательном патрубках. При взаимодействии турбулентного потока с технологическим трубопроводом и арматурой возникают вихреобразовательные процессы, увеличивающие вибрацию трубопроводных систем.
Для компенсации данных вибраций предлагается применение реактивных опор патрубков насоса, состоящих из плиты и дополнительного амортизатора для глушения вибраций трубопроводов и патрубков (рисунок 3). Применение этих устройств позволяет увеличить ресурс работы насосных агрегатов и продолжительность межремонтного периода в 1,4÷3 раза.
Подбор опор осуществляется с учетом массы подводящих и отводящих трубопроводов, а также дополнительного оборудования и запорно-регулирующей арматуры обвязки трубопроводов. Для данного насосного агрегата предлагается применение опор, представляющих собой опорную конструкцию, в состав которой входит плита из листовой стали и установленной на ней виброизолирующей опорой ОВ-70 по ГОСТ 17712-72.
3. Сильфонные компенсаторы.
Сильфонный компенсатор (рисунок 4) представляет собой устройство, способное поглощать и уравновешивать относительные перемещения, вызванные температурными деформациями вследствие изменения температуры транспортируемой жидкости и окружающей среды, а также вибрационными нагрузками от работающего оборудования и потока транспортируемой среды. Данное устройство состоит из сильфона, а также присоединительной и ограничительной арматуры.
Сильфонные компенсаторы в трубной обвязке насоса снижают в 6...10 раз передачу на корпус насоса механических и температурных напряжений трубопроводов, а также передачу на сами трубопроводы рабочей вибрации насоса.
Изготовление компенсаторов осуществляется я в соответствии с ГОСТ Р 55019-2012. Это делает возможным изготовление компенсатора силами предприятия по месту. Сильфонный компенсатор подбирается в зависимости от диаметров подводящего и отводящего трубопроводов, в данном случае – для подводящего трубопровода диаметром Ду32 и отводящего – Ду15. Подбор компенсаторов осуществляется также с учетом особенностей перекачиваемой среды (в данном случае – метанол). Предлагается использовать сильфонный компенсатор КСО-32-16-100 и КСО-15-16-100. Материал изготовления сильфона – сталь 12Х18Н10Т по ГОСТ 5632
В результате разработки и внедрения предлагаемой виброизолирующей компенсирующей системы и входящих в нее элементов обеспечивается снижение вибрации на насосное оборудование и, как следствие, повышается ресурс работы насосного агрегата и продолжительность межремонтного периода в 1,4÷3 раза. Также компенсируются нерасчетные напряжения, возникающие от работающего в насосной оборудования.
Литература
1. ГОСТ 34565-2019 Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Насосы поршневые и плунжерные. Общие технические условия.
2. ГОСТ 34182-2017 Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Эксплуатация и техническое обслуживание. Основные положения.
3. ГОСТ 17712-72 Вибрация. Опоры виброизолирующие резинометаллические равночастотные для установки стационарных машин. Параметрический ряд.
4. ГОСТ 55019-2012 Сильфоны многослойные металлические. Общие технические условия.
5. Виброизолирующая компенсирующая система насосно-энергетических агрегатов. Гумеров А.Г., Гумеров Р.С., Исхаков Р.Г., Новикова Л.Ф., Хангильдин Т.В. Уфа, 2008 – 328 с.
