Программы модернизации и технического перевооружения многих нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) предусматривают замену устаревшего оборудования с истекшим сроком службы. Учитывая, что примерно 90 % потребляемой оборудованием НПЗ электроэнергии приходится на насосное оборудование, проблемы его экономичной и надежной эксплуатации становятся как никогда актуальными.
Эти проблемы, причины их возникновения и рекомендации по их устранению неоднократно освещались в литературе (1-5). Однако существуют насосы, модернизация которых неэффективна или невозможна, поэтому возможна только замена их надежными изделиями, спроектированными и изготовленными в соответствии с требованиями действующих нормативных документов, в том числе стандартов американского нефтяного института API 610 и API 682.
Следует отметить, что номенклатура нефтяных насосов для НПЗ в бывшем СССР создавалась в 50-х годах XX века под проектные параметры строящихся тогда технологических установок переработки нефти. Для фактических режимов работы установок в настоящее время необходим подбор других оптимальных параметров проточных частей насосов, а для обеспечения требуемой надежности - изменение и совершенствование конструкции собственно насосов. Многие специализированные предприятия (НПЦ "Анод", ФГУП "Турбонасос", "ТРЭМ-инжиниринг", ООО "ТРИЗ", ООО "Укрспецмаш") достаточно эффективно осуществляют модернизацию некоторых консольных насосов типа НК и НКВ и их узлов, определяющих надежность и долговечность. К сожалению, предлагаемые решения единичны.
За последние годы уже сформировалось мнение эксплуатационников о том, что многие консольные насосы, особенно крупные типа НКВ 600-320, не обеспечивают необходимые показатели работоспособности и общей эксплуатационной надежности и требуется замена их двухопорными насосами с выносными опорами ротора [2]. Крупные насосы типа НК и НКВ с проточной частью рабочее колесо (РК) - спиральный отвод (СО) особо чувствительны к повышенным динамическим нагрузкам при малых подачах во время пуска установок.
Причина - изменение структуры потока на входе в РК (иногда и на выходе из него), что приводит к росту гидродинамических пульсаций в проточной части, увеличению действующей на ротор радиальной силы, а также изменению значений и иногда направления осевой силы.
Отечественный и зарубежный опыт насосостроения показывает, что двухопорные насосы менее чувствительны к изменениям режима работы и имеют более высокую эксплуатационную надежность. Например, швейцарская компания SULZER для насоса НКВ 600-320 рекомендует только двухопорную конструкцию [5]. В странах СНГ в последние годы работы в области создания двухопорных насосов для условий НПЗ наиболее целенаправленно проводились в ООО "Сумский машиностроительный завод" (ООО "СМЗ", до марта 2007 г. - ООО "ДС Союз").
В результате обработки опросных листов многих НПЗ стран СНГ, а также проектных институтов - ОАО "ВНИПИнефть" (г. Москва); ОАО "ЛУКОЙЛ-Ростовнефтехимпроект"; ОАО "Нефтехимпроект", ЗАО "ПМП" (г. Санкт-Петербург); ОАО "Омскнефтехим проект"; ОАО "Укрнефтехимпроект" (г. Киев); ОАО "Укрнефтехимпроект" (Львовский филиал); ГУП "Башгипронефтехим", ГУП ИНХП РБ (г. Уфа) и др. - была разработана номенклатура нового поколения насосного оборудования для нефтепереработки под фактические параметры действующих, модернизируемых и создаваемых технологических установок [6].
Все многообразие требуемых параметров обеспечивают насосы 55 базовых типоразмеров с одиннадцатью типовыми конструктивными схемами - двухопорные и усовершенствованные консольные. При разработке указанной номенклатуры насосов учитывался многолетний зарубежный и отечественный опыт создания и эксплуатации насосного оборудования, особенно опыт сумских насосостроителей в создании насосов ответственного назначения для тепловой и атомной энергетики, трубопроводного транспорта нефти и нефтепереработки.
Это способствовало быстрому и успешному внедрению в промышленную эксплуатацию некоторых новых образцов насосов взамен морально и физически устаревших. К их числу в первую очередь относятся насосные агрегаты АНМФ 200-600 (мощность электродвигателя Nэ = 500 кВт) для перекачивания мазута с температурой - 400 °С в установке термического крекинга ТК-4 ОАО "Сызранский НПЗ" [7], насосный агрегат АНМсг 450-500 (Nэ = 400 кВт) для перекачивания сжиженного пропана ("Дуосол"), установленный в ООО "ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка" [8].
Многими нефтяными компаниями утверждены программы по введению новых и реконструкции действующих установок для получения моторных топлив высокого качества. В 2007 г. в ООО "ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка" успешно введена в эксплуатацию новая многотоннажная установка изомеризации бензиновой фракции. Процесс изомеризации предназначен для повышения октанового числа легких бензиновых фракций и удаления из бензинов вредных примесей. Рабочая документация установки разработана ОАО "Нефтехимпроект" (г. Санкт-Петербург).
Технологическая схема - низкотемпературный процесс изомеризации парафиновых углеводородов С4-С6 на основе алюминоплатиновых катализаторов, промотированных хлором и фтором. В качестве исходного сырья используется пентановая фракция, выделенная на установке ЦГФУ; бензиновая фракция н.к. - 62 °С, полученная на установках АВТ и вторичной перегонки. Конечный результат - получение бензинов, соответствующих европейским нормам.
В технологическом процессе для подачи продукта и сжиженных фракций по линиям установки применяются центробежные насосы различных конструктивных исполнений. Установка на 20 % укомплектована насосами немецкой фирмы Ruhr Pumpen, на 80 % - насосами украинского предприятия ООО "СМЗ". Номенклатура насосной продукции ООО "СМЗ" на этой установке представлена насосами трех типоразмеров: НДМс. НД и НКВ (обозначения насосов приняты в соответствии с работой [9]).
Насосы типа НДМс (нефтяные двухопорные, многоступенчатые, секционные) и насосные агрегаты на их основе типа АНДМс применены на девяти позициях установки (по два насоса на каждой позиции) мощностью от 15до250кВт для перекачивания сырья изомеризации, сжиженных углеводородных газов, изопентановой фракции и других углеводородов. Диапазон рабочих параметров (Q - подача, H - напор) насосов типа НДМс (по ТУ У29.1 -31652112-011:2007) показан на рис. 1, конструктивная схема - на рис. 2.
Диапазон рабочих параметров насосов типа НДМс
Данные насосы - центробежные, горизонтальные, однопоточные, двухопорные, многоступенчатые, секционные с разгрузкой осевой силы с помощью разгрузочного поршня. Опоры ротора - выносные подшипники качения SKF с пластичной или картерной смазкой в зависимости от потребляемой мощности. Уплотнения вала - двойные механические торцовые типа тандем. Соединительные муфты - упругие втулочно-пальцевые типа МУВП или пластинчатые типа МУП в зависимости от потребляемой мощности. Насосы агрегатированы на обшей раме приводными электродвигателями во взрывозащещенном исполнении и оснащены необходимыми датчиками и приборами системы КИП и А.
Для перекачивания изопентановой фракции на одной из позиций применены насосные агрегаты АНД 300-100 - представители группы насосов НДг (нефтяных двухопорных одноступенчатых, горячих) и НДМг (нефтяных двухопорных. многоступенчатых, горячих). Диапазон параметров насосов типа НДг и НДМг, поставляемых ООО "СМЗ" по ТУ У29.34933255-013:2007. показан на рис. 3. Представленные насосы - центробежные, горизонтальные, однопоточные, двухкорпусные, двухопорные одно-и многоступенчатые (с выемным внутренним корпусом "патронного" типа). Опоры ротора (в зависимости от передаваемой мощности) - выносные подшипники качения SKF с картерной смазкой или выносные подшипники скольжения с принудительной смазкой.
Разгрузка осевой силы ротора осуществляется разгрузочным поршнем в комбинации с упорным подшипником качения SKF или скольжения типа "Митчелл". Уплотнения вала - двойные механические торцовые типа тандем. Для перекачивания углеводородов на других позициях установки применены консольные насосные агрегаты АНКВ 225-120, являющиеся типовыми представителями усовершенствованных консольных насосных агрегатов нового поколения, поставляемых ООО "СМЗ" по ТУ У29.1-31652112-012:2007.
Насосы данных типов - центробежные насосы, горизонтальные насосы, однопоточные насосы, консольные одно- или двухступенчатые насосы с предвключенным колесом (НКВ) или без него (НК). Разгрузка осевой силы - гидравлическая. Концевое уплотнение вала - механическое двойное торцовое типа тандем с соответствующей системой обеспечения работы. Соединительная муфта - упругая пластинчатая типа МУП с проставкой. Опорные кронштейны - унифицированные. Опорами ротора служат подшипники качения SKF c картерной смазкой.
Особенностью конструкции представленной группы консольных насосов является наличие лопаточного отвода (ЛО) за РК в сварно-кованом кольцевом отводе. Применение специально спрофилированного ЛО исключает действие радиальной силы на ротор насоса практически во всем диапазоне подач. В применяемых проточных частях учтены рекомендации по оптимальному соотношению числа лопаток ЛО и лопастей РК, проверенные в ОАО "ВНИИАЭН" (г. Сумы) при различных комбинациях модельных проточных частей и в натурных насосах. Прочный и жесткий сварно-кованый кольцевой отвод, примененный вместо литого спирального, обеспечил необходимые жесткостные характеристики всей конструкции в целом.
Все перечисленные технические решения позволили получить хорошие вибродинамические параметры насосных агрегатов при достаточно высокой экономичности. На рис. 7 приведены характеристики насоса НКВ 225-120, полученные по результатам приемочных испытаний (характеристики среды: р = 1000 кг/м3, v= 1-10-6м2/с; частота вращения вала насоса N= 2964 об/мин). Испытания проводились на стенде испытательной лаборатории ООО "СМЗ", аккредитованной в установленном порядке в системе сертификации СЦ "НАСТХОЛ" с правом проведения всех видов испытаний центробежных насосов по ГОСТ 6134-87, в том числе сертификационных (аттестат аккредитации № CCNA UA.0001.22. № 146). Все поставленные для оснащения установки изомеризации насосные агрегаты имеют сертификат соответствия СЦ "НАСТХОЛ" и Разрешение Ростехнадзора на применение в объектах повышенной пожаро-и взрывоопасности.
Характеристика насоса НКВ
Результаты пусконаладочных работ и успешный ввод в эксплуатацию установки позволили сделать выводы:
- насосные агрегаты официально введены в эксплуатацию и соответствуют требованиям проектной документации на установку;
- параметры работы, температура подшипников и вибродинамические характеристики насосных агрегатов соответствуют паспортным;
- представленные насосные агрегаты можно рекомендовать как для замены морально и физически устаревших насосов, так и для строящихся и модернизируемых установок.
Список литературы
1. Микерин Б.И. Надежное оборудование - необходимое условие эффективности и безопасности производства // Матер, науч.-техн. конф. "Современная машиностроительная продукция и материалы, обеспечивающие стабильную работу, модернизацию и ремонт оборудования на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях". М, 28-30.03.05. С. 4-5.
2. Материалы отраслевого совещания главных механиков нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий (5-9 декабря 2005 г.), Кириши, 2005. 468 с.
3. Швиндин А.И., Руденко А.А. Насосы лля нефтепереработки: состояние, перспективы, задачи сегодняшнего дня // Химическая техника. 2005. № 8. С. 8-9.
4. Швиндин А.И. Пути повышения надежности и ремонтопригодности насосного оборудования НПЗ // Химическая техника. 2005. № 12. С. 30-31.
5. Швиндин А.И., Вертячих А.В. К вопросу о надежности насосного оборудования // Химическая техника. 2007. № 4. С. 4-6.
6. Насосное оборудование для нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности: Каталог выпускаемой продукции ООО "СМЗ". 2007. 44 с. 7. Востриков И.Ю., Надршин К.А., Артеменко и др. Новые высоконапорные насосы для нефтеперерабатывающих производств // Химическая техника. 2007. № 7. С. 4-5.
8. А. Швиндин, А. Вертячих, О. Львов. Насосное оборудование нового поколения для масляных производств НПЗ// Насосы и оборудование. 2007. № 4-5. С. 32-33.
9. РД 153-39.1-036-99. Рекомендации по унификации нефтяных насосов для нефтеперерабатывающих производств. М, Минэнерго РФ. 1999. 19 с.
Л.И. Швиндин, канд. техн. наук, Л.Г. Солощенко (000 "Сумский машиностроительный завод", Украина); О.С. Львов (000 "ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка", Россия)