1. 94 № 10 • октябрь 2010
HYDROCARBON PROCESSING: НАДЕЖНОСТЬ
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т Е Х Н О Л О Г И И
ПРОБЛЕМЫ САМОЗАЛИВКИ
МЕХАНИЧЕСКИХ НАСОСОВ
T. Henshaw, инженер-консультант, Магнолия, Техас
Даны рекомендации по предотвращению повреждений насосов
Авторставитподсомнение,чтонасосысмеханичес-
ким приводом имеют самозаливку. В лучшем случае,
считаетон,насосысмеханическимприводомприсамых
правильныхусловияхимеюттенденциюксамозаливке.
Крометого,авторопровергаетсведенияизпрочитанной
им статьи о том, что насосы с механическим приводом
могут успешно работать с газом.
НАСОСЫ – ПЛОХИЕ КОМПРЕССОРЫ
Когданасоснаякамеразаполняетсявоздухом,тодав-
лениевнейсоздаетсятольковпределах6psi,придавле-
ниинавходе15psi(1psi~6,89кПа).Этогонедостаточно
для преодоления выходного давления системы (рис. 1).
Каждаянасоснаякамерапоршневогонасосаявляется
независимой,работаяпараллельносдругимикамерами.
Трехцилиндровыйнасосимееттрикамеры,пятицилин-
дровый–пятькамер. Для многоцилиндровогонасоса
имеется возможность заливки только одной камеры,
в то время как другие камеры остаются закрытыми,
т.е. и трехцилиндровый, и пятицилиндровый насосы
работают только с одной камерой. В результате зани-
женнаяподачанасоса,шумывработе,высокаявибра-
цияисовершеннонедопустимыеколебанияпоказаний
контрольно-измерительных приборов.
Часто при запуске насоса газ засасывается в насос
из линии всасывания. По этой причине необходимо,
чтобы давление на выходе поддерживалось низким
(приблизительно равным давлению всасывания) в
течение приблизительно 30 с. Это позволяет каждой
рабочей камере насоса очищаться и осуществлять за-
ливку,когдавоздействуетвыходноедавлениевсистеме.
В большинстве систем имеется возможность поддер-
живать давление на выходе низким только благодаря
наличию байпасной линии. Эта линия не соединена с
всасывающей линией насоса, поскольку газы могут
снова всасываться насосом.
На рис. 2 показана система насоса с механическим
приводом. Одна из характерных особенностей – бай-
пасная линия, соединенная с системой всасывания.
ПРЕИМУЩЕСТВА ЗАПУСКА БЕЗ НАГРУЗКИ
Следует отметить преимущества от запуска насоса
смеханическимприводомприналичиипренебрежимо
малого давления на выходе. Пусковой момент должен
составлять только 25 % полного нагружающего мо-
мента, допуская применение двигателя с нормальным
пусковым моментом и снижая время действия пуско-
вой мощности. Детали привода, такие как муфтовые
Рис. 1. Насос с механическим приводом – плохой компрессор
Рис. 2. Правильно сконструированная система плунжерного
насоса
Пространство
Перемещение
Эксцентриковый
редуктор
Цилиндры
насосаNPSHA
Скорость
всасывания
1–3 фут/с
Радиус
колена
Измери-
тельный
водослив
Минимальный
уровень жидкости
Гаситель
пульсации
Питание
Стабилизатор
всасывания
Скорость в трубе
5–15 фут/с
Предохранительный
клапан
Запуск и
регулирующий
клапан
Скорость в линии
3–10 фут/с
Минимальное число колен
Полностью
открытый
клапан
Предотвращение
завихрения
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

2. 95№ 10 • октябрь 2010
HYDROCARBON PROCESSING: НАДЕЖНОСТЬ
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т Е Х Н О Л О Г И И
соединения, зубчатые передачи и цепи не должны
быть нагружены. Также конечная мощность насоса
позволяет применить смазывающую пленку на всей
подвижной поверхности.
Симптомыгаза.Если в течение процесса, протека-
ющего нормально, насос внезапно начинает работать
«неадекватно» или внезапно падает его производи-
тельность, вероятность, что в одну или более насос-
ных камер всасывается газ. Чтобы нормализовать
работу насоса, необходимо только открыть клапан
на байпасной линии.
ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Трехцилиндровый насос с пятидюймовым ходом
был приведен в рабочее состояние, с быстрой залив-
кой одной рабочей камеры, но две другие камеры не
заливались.Контрольно-измерительныеприборывы-
ходногодавленияпоказывализначительныеколебания
давленияот30до2300psi.Насосвибрировал,особенно
этосказывалосьнавыходнойтрубе.Втакомсостоянии
насос быстро остановили и открыли клапаны на бай-
паснойлинии.Результатовникаких!Тогдаотключили
датчикивыходногодавленияипопеременнооткрывали
изакрываликлапаныналиниивсасыванияивизмери-
тельной системе. Давление всасывания, равное 30 psi,
позволилосжатьвоздухвдвухзаполненныхвоздухом
камерах и тогда снизить давление через контрольно-
измерительную систему. Весь воздух был выпущен
из насоса, насос был запущен в работу и далее функ-
ционировал вполне удовлетворительно.
Трехцилиндровыйнасосдляподачигорючейсмесина
однойизустановокФлоридыпрекрасноработалкакое-то
время,затемподачапрекратилась.Другойпятицилинд-
ровый насос также хорошо работал продолжительное
время, затем его производительность уменьшилась до
40 %. Операторам и инженерам удавалось распознать
симптомы всасываемого в насос газа. Они думали, что
насосыбудутсжиматьгаздовыходногодавленияиуп-
равлять через нагнетательные клапаны. Работа насоса
со спуском в движущихся частях механизмов вызвана
тем,чторабочиекамерыбылинеполностьюзалиты,что
привелоктрещинамнекоторыхштампованныхцилин-
дров, выполненных из нержавеющей стали.
Втечениенесколькихмесяцевпричина«блокирован-
ного пара» оставалась тайной до тех пор, пока один из
инженеров, обслуживающих эту систему, не отметил,
что всасывающая емкость представляет собой «распы-
лительную форсунку». Входящий поток «распылялся»
через водородный слой, затем поток становился насы-
щенным или сверхнасыщенным водородом (всасыва-
ющая емкость должна выполнять функции удаления
газа!).Выяснилось,чтоводородбылвведенвсистемудля
адсорбциинекоторогосвободногокислорода,находяще-
госявсистеме.Такжеустановили,чтовпервоначальном
планепредусматривалииспользованиекомпрессорадля
введения водорода на нагнетательной стороне насоса.
Однакоконструкторысистемыпришликзаключению,
что поршневой насос способен сжимать водород и от
компрессора отказались. Это было большой ошибкой.
На установке в Теннеси также возникли подобные
проблемыснасосомдляперекачиванияуглеводородных
продуктов. Один из ведущих инженеров на установке
после нескольких телефонных переговоров с автором
статьи пришел к выводу, что необходимо минимизиро-
вать воздействие водорода на систему, в которой рабо-
таетнасос.Онпроанализировалвозможностьбыстрого
снижения давления во всасывающей емкости и провел
аналогию с процессом поведения пробки при открыва-
ниибутылкисшампанским.Инженеризменилрабочую
процедуру, чтобы снизить диапазон, в котором будет
изменятьсядавление.Чтобыподдержатьрабочийрежим
насоса,когдаонвсасываетнекотороеколичествоводоро-
да,инженерпросверлилнебольшиеотверстиянакаждом
нагнетательномклапане,осторожносоздаваяутечкичерез
клапаны. Когда порция водорода была «блокирована» в
рабочей камере, подача насоса при выходном давлении
осуществлялась из нагнетательного манифольда через
клапан в рабочую камеру, сжимая водород и допуская
дозаливку рабочей камеры (в процессе выполнения до-
заливки должна быть значительная пульсация).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Как насосы самозаливаются? Только в процессе их
запуска,есливыходноедавлениеприблизительноравно
давлению всасывания.
Применяется ли это во всех насосах? Нет.
Высокоскоростныенасосныеустановкитребуютсверх-
прочных пружин на клапанах, что приводит к более
сложной заливке. Давление всасывания может пре-
вышать нагнетательное давление для полной заливки
насоса, но высокоскоростные насосы обычно имеют
вспомогательныйподпиточныйнасос,чтобыобеспечить
необходимуювысотустолбажидкостиподвсасывающим
патрубком насоса (net positive suction head – NPSH),
что может быть использовано для заливки насоса с ме-
ханическим приводом.
РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Не следует полагаться на миф, что насосы с меха-
ническим приводом самозаливаются.
2. Не следует думать, что насосы с механическим
приводоммогутбыстровсасыватьнебольшоеколичес-
тво газа.
3. Разработайте свою систему байпасной линии.
4.Определитепроцедурузапусканасосатак,чтобы
гарантировать,чтонасоссмеханическимприводомбудет
полностью залит до воздействия давления в системе.
Если не следовать этим правилам, то эксплуатация
такихнасосовможетпривестикмногочисленнымпро-
блемам.
Перевел А. Степанов
TerryHenshaw(Т.Хэншоу),инженер-консультант,
проектируетцентробежныеипоршневыенасосы,
а также оборудование высокого давления, кон-
сультируеткомпании,занимающиесяразработкой
насосов,проводитсеминарыпонасосам.Более30
летм-рХэншоуработалвкомпанииIngersollRand
and Union Pumps в Нью-Йорке, Хьюстоне и т.д., в
Институтегидравлики,гдеявляетсячленомсекции
поршневых насосов, кроме того, членом Metrication Subcommittee,
членом ANSI Subcommittee B73.2, который составляет стандарты на
центробежные насосы, членом API674 производителей поршневых
насосов,атакжечленомASMEPerformanceTestCodeCommitteePTC
7.2.М-рХэншоуявляетсяавторомкнигпопоршневымнасосам,статей
в технических журналах и соавтор 11-го издания Mark`s Handbook в
разделенасосов,имеетсвидетельствапрофессиональногоинженера
штатов Техас и Мичиган. Окончил университет в Хьюстоне.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»