Насосная установка

(73) Конструкторское бюшиностроения 36 о химическо ягин Ю. АКумушФабрин Ю. Н.ро химического маО О Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(51) 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,ЯО 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 1, 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.Изобретение относится к конструкции насосных установок дпя закачки скиженного газа в нефтяные пласты и может быть использовано при эксплуатации нефтяных скважин.Наиболее эффективным мероприятием по увеличению темпа отбора нефти иэ залежи и получению повышенных коэффициентов нефтеотдачи является искусственное поддержание пластовой энергии,При разработке нефтяной залежи на не- напорных режимах без поддержания пластового давления первоначальные запасы пластовой энергии быстро расходуются, в результате чего дебиты скважин и общая добыча нефти из залежи снижаются до весьма малых величин, в то время как в залежи еце остаются огромные количества нефти.Б большинстве случаев в качестве вторичных мероприятий для извлечения остаточных запасов нефти иэ истощенных залежей применяется вытеснение этой нефти нагнетаемыми в залежи водой или газом (8, М, Муравьев, Эксплуатация нефтяных и газовых скважин, МНедра, 1973, с.89105). В некоторых случаях вытеснение нефти осуществляется путем закачки в пласт сжиженныхгазов. Этот метод считается очень эффект ивным, так как вследствие смешиваемости Фаз на фронте углеводо,родны й раст вор ител ь (сжижен н ы й 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 первичных и вторичных методах разработки; степень вытеснения нефти значительно возрастает,Б настоящее время разработан метод закачки в нефтяной пласт широкой Фракции легких улеподородав (ШФЛУ). ШФЛУ - сжиженный газ, представляющий собой смесь предельных углеводородов С 2-Сб и выше,Это бесцветная. прозрачная, легкокипящая и легковоспламеняющаяся жидкость, пожаровэрывоопасная, токсична,ШФЛУ с близлежащего газопе 1 ерабатывающего завода (ГПЗ) по трубопроводу поступает на насосную станцию на месторождении, откуда под заданным давлением подается на блок гребенки, распределяощей потоки по группам скважин,Насосная станция содержит один ипи несколько насосных агрегатов. Каждый агрегат состоит в основном иэ насоса. например центробежного, и привода, например электродвигателя, В состав каждого насосного агрегата допкна входить маслосисте ма, обеспечивающая смазку и охлаждение элементов конструкции, прежде всего подшипников насоса и электродвигателя (Автоматизированные смазочные сйстемы и устройства, М,: Машиностроение, 1982. рис, 56)В 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). Для получения высокой герметичности уплотнений в насосах с большим сроком службы обычно используются торцовые уплотнения (Т. М. Башта, Гидравлические приводы летательных аппаратов, М., Машиностроение. 1967, с. 454),Дпя повышения герметичности торцового уплотнения в его рабочую полость может быть подана затворная жидкость, обеспечиваюц 1 ая дополнителыое усилие на герметизацию уплотнения. При этом для исключения поступления рабочего тела насоса в окружающую среду необходимо обеспечить постоянное превышение величины давления затворной жидкости поддавлением рабочего тела насоса, (ЕгваисЬсцпцеп цг эсбеэеп. Апа 9 епЬе 1 геЬ /Екапэ 1. б./ ЧегГаЬгепзтесЬп 1 п - 1988 вМ 11 - С 68 - 70),При длительной эксплуатации насосного агрегата идет приработка элементов конструкции, особенно элементов, вращающихся с большой угловой скоростью(10000- 12000 об/мин. При этом прежде всего за счет радиальной выработки подшипников (скольжения или качения) может появиться неплоскостность сопряненных вращающихся деталей, в том числе и герметизирующих элементов торцовых уплотнений, что в конечном итоге приведет к возникновению негерметичности уплотнений. 50 55 5 10 15 20 25 30 35 40 45 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 рабочее помещение не произойдет. Однако в этом случае возможно поступление затворной жидкости (масла) через появившеюся негерметичность в поток сжиженногогаза с дальнейшим поступлением ее вместес газом в нефтяную скважину,Наиболее близким техническим решением к заявленной насосной установке является устройство, описанное в патенте 5США М 3976165, кл. Е 04 В 39/02, публ.1876.Недостатком системы смазки и уплотнения высокоскоростного компрессора попатенту США является отсутствие системы 10для непрерывного контроля негерметичности торцевых уплотнений насоса при егоработе, В указанной системе имеется датчик уровня, электрически связанный с блоком управления, который обеспечивает 15контроль уровня масла в баке и при достижении уровня масла нижнего предельногозначения формируют командный сигнал напрекращение работы компрессора.Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности путемнепрерывной диагностики состояния торцовых уплотнений насосного агрегата.С этой целью насосная установкаснабжена системой для контроля негерметичности торцовых уплотнений, включающей мерную емкость с датчиками верхнегои нижнего уровней затворной жидкости. дополнительный насосный агрегат и блок управления, при этом напорный трубопровод 30снабжен нормально закрытым клапаном иприсоединен к мерной емкости. мерная емкость через дополнительный насосный агрегат гидравлически сообщена с торцовымиуплотнениями насоса и дренажными трубопроводами, а блок управления своимивходами электрически связан с датчикамиуровня и своим выходом - с приводами насоса подачи затворной жидкости и нормально закрытого клапана, 40При таком конструктивном использовании насосной установки решаются следующие задачи: обеспечивается непрерывноедиагностирование состояния торцовых уплотнений насосного агрегата; определяется 45суммарный расход утечек затворной жидкости в ШФЛУ и по величине расхода - величина негерметич ности торцовыхуплотнений; обеспечивается автоматическая подача масла (затворной жидкости) из 50расходной емкости в мерную емкость попоказаниям датчиков уровня; обеспечивается воэможность принятия оперативногорешения по показаниям измерительной системы о дальнейшей эксплуатации насосного агрегата или останове его на текущийремонт; 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 с герметичными торцовыми уплотнениями масло циклически проходит через полости торцовых уплотнений и снова сливается в мерную емкость. Уровень масла в мерной емкости. при этом не изменяется.При появлении негерметичности торцовых 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 масла до уровня установки датчика нижнего уровня датчика фиксирует факт окончания снижения уровня.По разности показаний датчиков верхнего и нижнего уровней определяется количество масла, ушедшего через негерметичность торцовых уплотнений в ШФЛУ, Разделив укаэанное количество масла на время прохождения его уровня от верхнего до нижнего значений, можно определить секундный расход масла, идущего через негерметичность торцовых уплотнений. По числу циклов дозаправки мерной емкости можно контролировать общий ресурс наработки торцовых уплотнений. а по скорости нарастания частоты доэаправок - о тенденции процесса износа, в частности о лавинообразном износе уплотнений. Укаэанные показания системы измерений и полученные по этим показаниям производные параметры используются для оперативного анализа состояния материальной части насоса и принятия решения о продолжении эксплуатации насосной установки или оста- нове ее для текущего ремонта ходовой части насоса, Решение может быть принято либо персоналом насосной станции, либо автоматической системой управления при превышении величины контролируемого параметра (время опускания уровня масла, секундный расход утечек масла) заранее заданного предельного значения. Независимо от проводимого оперативйого анализа при достижении уровня масла в мерной емкости уровня установки датчика нижнего уровня (срабатывания контактов датчика уровня) система управления (блок управления) подает сигнал на привод (электродвигатель) насоса подачи затворной 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.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 (электроклапан).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 отключений 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 У 1 до уровня У 2, 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 непрерьвной диагностики состояния торцовых уплотнений насосного агрегата,2000483 Составитель Н.БойченкоТехред М,Моргентал Короектор М,Максимишинец Редактор А.Бер Заказ 3073 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва. Ж"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 уплотпений, включающей мерну о емкость и дополнительный насосный агрегат, при этом напорный трубопровод снабжен нормально закрытым клапаном с приводом и присоеди нен к мерной емкости, последняя через дополнительный насосный агрегат гидрэвлически сообщена с торцевыми уплотнениями насоса и дренажными трубопроводами, блок управления своим выходом 10 электрически связан с приводами насосаподачи затворной жидкости и нормально закрытого клапана, а датчик уровня затворной жидкости установлен в мерной емкости.