Насосы для многофазных сред: перекачивание газожидкостных смесей с высоким содержанием газа
Оборудование для транспортировки сред, содержащих одновременно жидкость, газ и механические примеси. Такие условия исключают применение стандартных центробежных насосов из-за потери производительности при газовыделении и риска кавитационных разрушений. Многофазные насосы обеспечивают устойчивую работу при объемной доле свободного газа от 0 до 98% без предварительной сепарации, что сокращает количество единиц оборудования в технологической обвязке и снижает капитальные затраты на обустройство промыслов.
Конструктивные исполнения и принцип действия
В зависимости от физико-химических свойств перекачиваемой среды применяются два основных типа агрегатов. Винтовые насосы с двумя или тремя роторами создают напор за счет геометрического вытеснения и сохраняют номинальную подачу при резких колебаниях газового фактора. Центробежные многофазные насосы оснащаются специальными рабочими колесами с увеличенными межлопастными каналами, которые дробят газовые пузыри и предотвращают срыв потока. Для перекачивания сред с абразивными частицами рабочие органы изготавливаются из износостойких сплавов или оснащаются сменными протекторными вставками.
Уплотнения вала выполняются по схеме двойного торцевого или механического типа с барьерной жидкостью, что исключает утечки агрессивных компонентов в атмосферу. Система охлаждения обеспечивает отвод тепла, выделяющегося при сжатии свободного газа, и поддерживает температурный режим в диапазоне от 20 до +80 C. Для взрывозащищенного исполнения применяются электродвигатели класса Exd IIBT4 или Exds IIBT4 с термодатчиками в обмотках статора.
Технические характеристики
| Параметр | Винтовой тип | Центробежный тип | Диапазон значений | Условия применения |
|---|---|---|---|---|
| Подача | от 1 до 500 м/ч | от 10 до 1500 м/ч | зависит от типоразмера | стационарные и мобильные установки |
| Дифференциальное давление | до 100 бар | до 60 бар | определяется числом ступеней | магистральный транспорт и закачка в скважины |
| Объемная доля газа | от 0 до 98% | от 0 до 90% | при свободном газе на входе | без предварительной сепарации |
| Кинематическая вязкость | от 1 до 5000 сСт | от 1 до 800 сСт | при температуре перекачки | нефть, газоконденсат, пластовая вода |
| Температура среды | от 20 до +120 C | от 20 до +80 C | по исполнению уплотнений | северное и тропическое исполнение |
Применение в технологических процессах
Многофазные насосные агрегаты востребованы на нефтегазодобывающих промыслах при обустройстве кустов скважин, систем сбора продукции и установок подготовки нефти. Они обеспечивают транспорт газожидкостной смеси от устья скважины до центрального пункта сбора без строительства газосепарационных узлов. В системах поддержания пластового давления агрегаты используются для закачки водогазовых смесей в продуктивные горизонты.
На нефтеперерабатывающих заводах оборудование применяется для перекачивания остаточных продуктов вакуумной перегонки, содержащих растворенные углеводородные газы. В химической промышленности насосы транспортируют суспензии и эмульсии с газовой фазой в реакторных узлах и на стадиях фильтрации. На объектах сбора попутного нефтяного газа агрегаты работают в составе компрессорных станций низкого давления.
Критерии выбора оборудования
Подбор насосного агрегата выполняется по расчетным параметрам технологической линии: объемному расходу смеси, давлению на входе и выходе, физико-химическим свойствам жидкости и газа, содержанию механических примесей. Для сред с высокой вязкостью предпочтительны винтовые исполнения, обеспечивающие ламинарный режим течения и низкий уровень пульсаций. При значительных колебаниях газового фактора выбираются агрегаты с системой автоматического регулирования частоты вращения, поддерживающей заданный дифференциальный напор.
Материалы проточной части подбираются по коррозионной активности перекачиваемой среды. Для сероводородсодержащих продуктов применяются стали с контролируемым содержанием сульфидных включений, для морской воды дуплексные нержавеющие стали. Уровень шума агрегатов не превышает 85 дБА на расстоянии 1 м, что соответствует санитарным нормам для производственных помещений.
Особенности эксплуатации и обслуживания
Многофазные насосы рассчитаны на непрерывный режим работы в течение 8000 часов межсервисного интервала. Регламентное обслуживание включает контроль вибрации подшипниковых узлов, состояния торцевых уплотнений и уровня масла в редукторе. Система мониторинга с датчиками давления, температуры и расхода передает данные в АСУ ТП, что позволяет прогнозировать остаточный ресурс узлов и планировать ремонтные работы без остановки технологического процесса.
Для агрегатов, эксплуатируемых на открытых площадках в условиях низких температур, предусмотрены системы подогрева корпуса и масляной ванны. В исполнении для морских платформ применяются материалы, стойкие к воздействию соленого тумана, и усиленная антикоррозионная защита наружных поверхностей.
Вопросы и ответы (FAQ)
Чем многофазный насос отличается от обычного центробежного?
Многофазный агрегат сохраняет рабочую характеристику при содержании свободного газа до 98% на входе, тогда как стандартное центробежное колесо теряет подачу уже при 57% газа из-за срыва потока. Конструкция проточной части и профиль лопаток разработаны для дробления газовых включений и устойчивого транспорта гетерогенной смеси.
Какие параметры учитываются при подборе насоса для газожидкостной смеси?
Учитываются объемный расход смеси, давление на приеме и нагнетании, объемная доля свободного газа, вязкость жидкости, плотность газа, температура и содержание механических примесей. Дополнительно оценивается коррозионная активность среды для выбора материалов проточной части.
Возможна ли работа насоса при полном отсутствии жидкости на входе?
Кратковременная работа в режиме сухого хода допускается для винтовых насосов с продолжительностью не более 30 секунд. Для постоянной эксплуатации требуется поддержание минимального уровня жидкости в приемном патрубке, что обеспечивается системой автоматического отключения при снижении давления на входе.
Какие системы защиты устанавливаются на многофазные насосы?
Агрегаты оснащаются датчиками вибрации, температуры подшипников, давления на входе и выходе, расходомерами и системой аварийного останова. Для взрывозащищенного исполнения предусмотрены искробезопасные цепи управления и блокировки по превышению предельных параметров.
