Насосная установка

 

Использование: нэсосостроение, например конструкция насосных установок для закачки сжиженного газа в нефтяные пласты. Сущность изобретения: насосная установка содержит насосный агрегат 1 с торцевыми уплотнениями 2, насосную систему подачи затворной жидкости в торцевые уплотнения 2, включающую расходный бак 3, насос 4 с приводом 5, напорный и дренажные трубопроводы б, 7, а также снабжена системой для контроля негерметичности торцевых уплотнений 2, включающей мерную емкость 8 с датчиками 9, 10 верхнего и нижнего уровней затворной жидкости, дополнительный насосный агрегат 11 и блока управления 12, при этом напорный трубопровод 6 снабжен нормально закрытым клапаном 13 и присоединен к мерной емкости 8, последняя через дополнительный насосный агрегат 11 гидравлически сообщена с торцевыми уплотнениями 2 насоса и дренажными трубопроводами 7, а блок управления 12 своими входами 19, 20 электрически связан с датчиками уровня 9, 10 и своим выходом 21 - с приводами насоса 4 подачи затворной жидкости и нормально закрытого клапана 13. 1 ил 73 С Ю о о о 00 со о

(я)5 F 04 D 13/00, 29/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

О

О

О

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4950926/29 (22) 03.04.91 (46) 07.09.93. Бюл. hL 33-36 (71) Конструкторское бюро химического машиностроения (72) Бойченко Н. Ф., Дерягин Ю. А„Кумушкулов P. К., Митин П. М„Фабрин Ю. Н. (73) Конструкторское бюро химического машиностроения (54) НАСОСНАЯ УСТАНОВКА (57) Использование: насосостроение, например конструкция насосных установок для закачки сжиженного газа в нефтяные пласты. Сущность изобретения: насосная установка содержит насосный агрегат 1 с торцевыми уплотнениями 2, насосную систему подачи затворной жидкости в торцевые уплотнения 2, включающую расходный

„„ЯЦ „„ 2000483 С бак 3, насос 4 с приводом 5, напорный и дренажные трубопроводы 6, 7, а также снабжена системой для контроля негерметичности торцевых уплотнений 2, включающей мерную емкость 8 с датчиками 9, 10 верхнего и нижнего уровней затворной жидкости. дополнительный насосный агрегат 11 и блока управления 12, при этом напорный трубопровод 6 снабжен нормально закрытым клапаном 13 и присоединен к мерной емкости 8, последняя через дополнительный насосный агрегат 11 гидравлически сообщена с торцевыми уплотнениями 2 насоса и дренажными трубопроводами 7. а блок управления 12 своими входами 19, 20 электрически связан с датчиками уровня 9, 10 и своим выходом 21 — с приводами насоса

4 подачи затворной жидкости и нормально закрытого клапана 13. 1 ил.

2000483

Изобретение относится к конструкции насосных установок для закачки с>киженноl0 газа в нефтяные пласты и может быть использовано при эксплуатации нефтяных скважин.

Наиболее эффективным мероприятием по увеличению темпа отбора нефти из залежи и получению повышенных коэффициентов нефтеотдачи является искусственное поддержание пластовой энергии, При разработке нефтяной залежи на ненапорных режимах без поддержания пластового давления первоначальнь е запасы пластовой энергии быстро расходуются, в результате чего дебиты скважин и общая добыча нефти из залежи снижаются до весьма малых величин, в TO время как в залежи еще остаются огромные количества нефти.

Б бо lbL èíñòâe случаев в качестве вторичных мероприятий для извлечения остаточных запасов нефти иэ истощенных залежей применяется вытеснение этой нефти нагнетаемыми в залежи водой или газом (В, М, Муравьев. Эксплуатация нефтяных и газовых скважин. М., Недра, 1973, с.

89...105). В некоторых случаях вытеснение нефти осуществляется путем закачки в пласт сжиженных газов. Этот метод считается очень эффект ивным, так как вследствие смешиваемости фаз на фронте углеводо,родны и раст вор ител ь (сжижен н ы и газ)— нефть и на фронте гаэ — углеводородный растворитель на границах раздела этих фаз отсутствуют мениски. Следовательно, отсутствуют и капиллярн е силы, препятствующие более полному извлечению нефти при обычных перви ных и вторичных методах разработки; степень вытеснения нефти значительно возрастает, В настоящее время разработан метод закачки в нефтяной пласт широкой фракции легких ytnennsощей потоки по группам скважин.

Насосная станция содержит один ипи несколько насосных агрегатов. Каждый агрегат состоит в основном иэ насоса. например центробежно о, и привода, например электродвигателя. В состав каждого насосного агрегата дол>кна входить маслосисте5

45 ма, обеспечивающая смазку и охлаждение элементов конструкции, прежде всего подшипников насоса и электродвигателя (Автоматизированные смазочные сйстемы и устройства. М,: Машиностроение, 1982. рис.

56)

B конструкции центробежных насосов предусмотрены уплотнительные элементы, обеспечивающие герметичное отделение рабочих полостей насоса от окружающей среды. Уплотнение вращающихся валов в насосостроении осуществляется двумя способами: уплотнением по окружности вала (радиальное уплотнение) и уплотнением по поверхностям, перпендикулярным оси вала (торцовое или механическое уплотнение).

Дпя получения высокой герметичности уплотнений в насосах с большим сроком службы обычно используются торцовые уплотнения (T. M. Башта, Гидравлические приводы летательных аппаратов. М., Машиностроение. 1967, с. 454).

Дпя повышения герметичности торцового уплотнения в его рабочую полость может быть подана затворная жидкость, обеспечивающая дополнителы ое усилие на герметизацию уплотнения. При этом дпя исключения поступления рабочего тела насоса в окружающую среду необходимо обеспечить постоянное превышение величины давления затворной жидкости поддавлением рабочего тела насоса. (Ersatz-Dlchtungen fur slchesen. Anlagenbetrieb /Ezans I. G./ Чегfahrenstechnln—

1988 † М 11 — С68 — 70), При длительной эксплуатации насосного агрегата идет приработка элементов конструкции, особенно элементов, вращающихся с большой угловой скоростью (1000012000 об/мин). При этом прежде всего за счет радиальной выработки подшипников (скольжения или качения) может появиться неплоскостность сопряженных вращающихся деталей, в том числе и герметизирующих элементов торцовых уплотнений, что в конечном итоге приведет к возникновению негерметичности уплотнений.

В связи с ТеМ, что конструкция насосной системы подачи затворной жидкости в торцовые уплотнения предусматривает в любой момент времени работы насосной установки превышение давления затворной жидкости над давлением сжиженного газа во входной магистрали насоса, то поступления токсичного и взрывобезопасного газа в

pa6oчее помещение не произойдет. Однако в этом случае возможно поступление затворной жидкости (масла) через появившеюся негерметичность в поток сжиженного

2000433 газа с дальнейшим поступлением ее вместе с газом в нефтяную скважину.

Наиболее близким техническим решением к заявленной насосной установке является устройство, описанное в патенте

США М 3976165, кл. F 04 В 39/02. публ.

1 &76.

Недостатком системы смазки и уплотнения высокоскоростного компрессора по патенту США является отсутствие системы для непрерывного контроля негерметичности торцевых уплотнений насоса при его работе. В указанной системе имеется датчик уровня, электрически связанный с блоком управления, который обеспечивает контроль уровня масла в баке и при достижении уровня масла нижнего предельного значения формируют командный сигнал на прекращение работы компрессора.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности путем непрерывной диагностики состояния торцовых уплотнений насосного агрегата.

С этой целью насосная установка снабжена системой для контроля негерметичности торцовых уплотнений, включающей мерную емкость с датчиками верхнего и нижнего уровней затворной жидкости. дополнительный насосный агрегат и блок управления, при этом напорный трубопровод снабжен нормально закрытым клапаном и присоединен к мерной емкости. мерная емкость через дополнительный насосный агрегат гидравлически сообщена с торцовыми уплотнениями насоса и дренажными трубопроводами, а блок управления своими входами электрически связан с датчиками уровня и своим выходом — с приводами насоса подачи затворной жидкости и нормально закрытого клапана, При таком конструктивно л использовании насосной установки решаются следующие задачи: обеспечивается непрерывное диагностирование состояния торцовых уплотнений насосного агрегата; определяется суммарный расход утечек затворной жидкости в ШФЛУ и по величине расхода — величина негерметич ности торцовых уплотнений; обеспечивается автоматическая подача масла (затворной жидкости) из расходной емкости в мерную емкость по показаниям датчиков уровня; обеспечивается воэможность принятия оперативного решения по показаниям измерительной системы о дальнейшей эксплуатации насосного агрегата или останове его на текущий ремонт; повышается эксплуатационная надежность насосной установки.

При работе насосного агрегата по показаниям датчиков верхнего и нижнего уровней мерной емкости проводится непрерывный контроль за уровнем масла в емкости.

При работе насосного агрегата r. герметичными торцовыми уплотнениями масло

5 циклически проходит через полости торцовых уплотнений и снова сливается в мерную емкость. Уровень масла в мерной емкости при этом не изменяется.

При появлении негерметичности торцо10 вых уплотнений часть масла начинает поступать в ШФЛУ. Уровень масла в мерной емкости начинает снижаться, Факт начала снижения уровня фиксируется датчиком верхнего уровня. При опускании уровня

15 масла до уровня установки датчика нижнего уровня датчика фиксирует факт окончания снижения уровня.

По разности показаний датчиков верхнего и нижнего уровней определяется коли20 чество масла, ушедшего через негерметичность торцовых уплотнений в

ШФЛУ. Разделив укаэанное количество масла на время прохождения его уровня от верхнего до нижнего значений, можно опре25 делить секундный расход масла, идущего через негерметичность торцовых уплотнений. По числу циклов дозаправки мерной емкости можно контролировать общий ресурс наработки торцовых уплотнений. а по

30 скорости нарастания частоты доэаправок— о тенденции процесса износа, в частности о лавинообразном износе уплотнений. Укаэанные показания системы измерений и полученные по этим показаниям производ35 ные параметры используются для оперативного анализа состояния материальной части насоса и принятия решения о продолжении эксплуатации насосной установки или останове ее для текущего ремонта ходовой части

40 насоса, Решение может быть принято либо персоналом насосной станции, либо автоматической системой управления при превышении величины контролируемого параметра (время опускания уровня масла, 45 секундный расход утечек масла) заранее заданного предельного значения.

Независимо от проводимого оперативйого анализа при достижении уровня масла

50 в мерной емкости уровня установки датчика нижнего уровня (срабатывания контактов датчика уровня) система управления (блок управления) подает сигнал на привод (электродвигатель) насоса подачи затворной

55 жидкости (масла) и нормально закрытый клапан, после чего обеспечивается подача масла из расходного бака в мерную емкость и наполнение ее до верхнего уровня.

На чертеже изображена насосная установка.

2000483

Она содержит насосный агрегат 1 с торцовыми уплотнениями 2, насосную систему подачи затворной жидкости в торцовые уплотнения, включающую расходный бак 3, насос 4 с приводом 5, напорный 6 и дренажные 7 трубопроводы, систему для контроля негерметичности торцовых уплотнений, включающую мерную емкость 8 с датчиками

9, 10 верхнего и нижнего уровней затворной жидкости, дополнительный насосный агрегат 11 и блок управления 12, напорный трубопровод 6 снабжен нормально закрытым клапаном 13 с приводом и присоединен к мерной емкости 8.

При работе насосной установки на установившемся режиме сжиженный газ (ШФЛУ) с газоподготовительного завода поступает во вход 14 насосного агрегата и после повышения давления в ступенях насоса через выход 15 поступает в гребенку нефтяных скважин. Привод ротора насоса обеспечивается электродвигателем 16.

Дополнительный насосный агрегат 11 трубопроводом 22 забирает масло из мерной емкости 8 и по напорным трубопроводам 17 подает его в полости торцовых уплотнений 2, откуда масло по дренажным трубопроводам 7 снова сливается в мерную емкость 8. Давление масла в полостях торцовых уплотнений 2 в любой момент времени работы больше давления сжиженного газа(ШФЛУ) на входе 14 насосного агрегата (полости уплотнений 2 сообщены со входом

14 трубопроводом 18). Это обеспечивает предотвращение поступления токсичного и взрывоопасного газа в рабочее помещение.

При герметичности торцовых уплотнений 2 уровень масла в расходной емкости 8 практически постоянен и находится на уровне датчика 9.

При появлении негерметичности в торцовых уплотнениях масло из полостей уплотнений начинает поступать во вход 14 насосного агрегата 1 и вместе с ШФЛУ уходит в нефтяной пласт. Уровень масла в емкости 8 начинает снижаться.

При снижении уровня масла в емкости

8 ниже уровня установки датчика 9 контакты датчика размыкаются. Сигнал с контактов датчика 9 по электрической связи поступает на вход 19 блока управления 12. Блок управления 12 фиксирует время начала снижения уровня масла в емкости 8.

При опускании уровня масла в емкости

8 ниже уровня установки датчика 10 контакты датчика размыкаются. Сигнал с контактов датчика 10 по электрической связи поступает на вход 19 блока управления 12.

Блок управления 12 фиксирует время концэ снижения уровня масла в емкости 8 и формирует команду на запуск насоса 4.

Блок управления 12 по электрической связи с выхода 21 подает команду(напряжение) на привод 5(электродвигатель) и обмотку нормально закрытого клапана 13 (зле ктрокл а па н).

Клапан 13 открывается и сообщает насос 4 через напорный трубопровод 6 с мерной емкостью 8. Электродвигатель начинает раскручивать ротор насоса 4, Давление масла в трубопроводе 6 повышается, Масло из расходного бака 3 начинает поступать в мерную емкость 8. Уровень масла в емкости

8 начинает повышаться. Замыкаются контакты датчика 10 и в блоке 12 снимается предохранение на отключение привода 5 насоса 4.

При достижении уровнем масла уровня установки датчика 9 контакты датчика замыкаются. Блок управления 12 снимает напряжение с обмоток электродвигателя 5 и клапана 13. Роторы электродвигателя 5 и насоса 4 начинают тормозиться, Клапан 13 закрывается и разобщает полость насоса 4 от напорного трубопровода 6, Прекращается подача масла из бака 3 в емкость 8, Указанная операция по заполнению маслом емкости 8 из бака 3 может быть повторена неоднократно, пока в баке 3 есть масло.

Обьемом бака 3 задаются при проектировании насосной установки.

После фиксации факта утечек масла из системы затворной жидкости (при размыкании контактов датчика 9) блок управления начинает определение параметров негерметичности: время прохождения уровня масла от уровня У1 до уровня Yz, масса ушедшего масла, секундный расход масла, через негерметичность, число циклов дозаправки и скорость нарастания дозаправок, Полученная информация используется для принятия решения о продолжении эксплуатации или останове насосного агрегата на текущий ремонт. Продолжение эксплуатации связано с неизбежной потерей некоторого количества масла, однако если величина негерметчности невелика, то экономический эффект от продолжения эксплуатации насосной установки может превысить экономические потери от утраты части масла.

Использование изобретения повысит эксплуатационную надежность насосной установки путем непрерь.вной диагностики состояния торцовых уплотнений насосного агрегата.

2000403

1Î

Составитель Н.Бойченко

Техред М.Моргентал Корректор М.Максимишинец

Редактор А.Бер

Заказ 3073

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва. Ж-35 "аушская нэб„4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

Насосная установка, например, для закачки сжиженного газа в нефтяной пласт, содержащая насосный агрегат с торцевыми уплотнениями, насосную систему подачи

" затворной жидкости в торцевые уплотнения, включающую расходный бак. насос с приводом, напорные и дренажные трубопроводы, блок управления, своим входом электрически связанный с датчиком уровня затворной жидкости в баке, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, она снабжена системой определения негерметичности торцевых уплотIIå><èé, включаloùåé мерну Q емкость и дополнительный насосный агрегат, при этом напорный трубопровод снабжен нормально закрытым клапаном с приводом и присоеди5 нен к мерной емкости, последняя через дополнительный насосный агрегат гидравлически сообщена с торцевыми уплотнениями насоса и дренажными трубопроводами, блок управления своим выходом

10 электрически связан с приводами насоса подачи затворной жидкости и нормально закрытого клапана, а датчик уровня затворной жидкости установлен в мерной емкости.