Нефтяной насос — важная составляющая любого НГК

38 аварий на опасных производственных объектах нефтегазового комплекса насчитал Ростехнадзор за прошлый год. И это только те, по которым в декабре завершилось расследование и которые сами организации классифицировали как аварии, а не как инциденты. В основном это были взрывы, пожары и разрушения технических устройств и сооружений.

Очень часто причиной таких аварий специалисты называют разгерметизацию оборудования: или трубопроводного, или насосного. Учитывая, что в данном случае речь идёт о перекачке сырой нефти, бензина, керосина и других взрывоопасных веществ, ничего удивительного. Чуть какая утечка — вот и потенциальная авария.

Вот и недавняя авария на Ачинском НПЗ случилась из-за разгерметизации трубки насоса. Обошлось, считай, без последствий: в превентивных целях включилась паровая завеса, персонал вывели. Пострадавших не было, удалось даже не останавливать технологический процесс.

В данном случае техника сработала как нужно. А вот на «Стерлитамакском нефтехимическом заводе» на  узле разделения пиролизной фракции начался пожар из-за разгерметизации трубопроводной обвязки насоса — дело было 13 лет назад. Удивляться тут не приходится: к тому моменту насос отработал уже 31 год. Эксплуатацию оборудования с истекшим сроком службы специалисты назвали ключевой причиной.

Насосное оборудование, осуществляющее перекачку нефти и нефтепродуктов, — система очень ответственная. В связи с этим, отмечают производители таких решений, насосы для нефтегаза имеют свою специфику и конструктивно отличаются от насосов, перекачивающих иные жидкости.

«К герметичности насосного оборудования для перекачки нефти и нефтепродуктов, а также к контролю этой герметичности предъявляются более высокие требования, нежели к насосам для перекачки воды. Обусловлено это тем, что в случае возникновения утечки нефти и нефтепродуктов негативные воздействия для окружающей среды носят более тяжёлый характер нежели при утечке воды.

Нефть является продуктом длительного распада и очень быстро покрывает поверхность, например, воды плотным слоем нефтяной плёнки, которая препятствует доступу воздуха и света. Это также может усугубиться отсутствием вблизи от  места аварии необходимой спецтехники и человеческих ресурсов для оперативного устранения аварии и её последствий ввиду удалённости месторождений», — объясняет руководитель направления продаж ООО «Плойгер Индастриз Рус» Александр Матвеев.

«Паспортные данные большинства насосных агрегатов, предлагаемых на рынке, фиксируют зависимость «расход — напор — КПД — мощность на воде». Нефтепродукты имеют меньшую плотность, этот параметр влияет на высоту подачи жидкости, глубину всасывания. Вязкость влияет на сопротивление трубопровода: для перекачки густого продукта потребуется больше механической энергии.

В сырой нефти может быть большое содержание газа, механических примесей, что оказывает отрицательный эффект на крыльчатку и корпус насоса. Лёгкие углеводороды обладают малой вязкостью, они значительно менее плотные, чем вода. Давление насыщенных паров этих жидкостей выше, а значит, кавитационные эффекты будут проявляться при меньшем разряжении. У такого продукта образование пузырьков газа и их схлопывание, ведущее к разрушению рабочего органа насоса, происходит при меньшем давлении.

В силу всех этих причин насос, предназначенный для перекачки воды, не всегда подходит для перекачки нефтепродуктов. Для густых жидкостей используют установки объёмного типа (шестерённые, винтовые и двухвинтовые, мембранные, плунжерные и пр.); для лёгких углеводородов применяют центробежные насосы с предустановленным шнеком — рабочим колесом, стойким к работе в режимах высокой кавитации. Разве что для жидкостей, схожих по свойствам с водой, устанавливают агрегаты, по конструкции, конструктивно близкие к насосам для воды», — уточняет директор по развитию АО «Корвет» Алексей Германов.

«Безусловно, надёжность является одной из ключевых характеристик насосного оборудования, обеспечивающего безопасность обслуживающего персонала и всей технологической цепочки в целом. Это именно та характеристика, которой уделяет особое внимание наша компания. Жизненный цикл насосных агрегатов Pleuger составляет более 30 лет. Это становится возможным, во-первых, за счёт высоких инженерных технологий: каждую единицу оборудования мы разрабатываем индивидуально.

А во-вторых, большое значение имеет контроль качества на всех этапах: при выборе комплектующих, при сборке и тестировании агрегатов. Что касается комплектующих, отмечу, что Pleuger сам производит такие важные узлы, как опорные и радиальные подшипники. Компания также выпускает собственные электродвигатели (асинхронные и вентильные), тем самым добавляя надёжности агрегату в целом».

Горючие жидкости

Ключевые конструктивные особенности насосов для нефти и нефтепродуктов связаны именно с тем, что перекачивают они взрывоопасную газожидкостную смесь. Поэтому особые требования предъявляют к электрической части оборудования: электродвигатели, пускатели, приборы КИПиА должны быть выполнены во взрывозащищённом исполнении.

Кроме того, объясняет Алексей Германов, если речь идёт о насосе центробежном, недопустимо использование проточной части из чугуна. Торцовые уплотнения обязательно должны иметь дополнительную защитную ступень (для групп взрывоопасной смеси паров жидкости Т1, Т2, Т3), для жидкости с группой Т4 необходимо двойное торцовое уплотнение.

«В настоящее время большое внимание и производители, и эксплуатанты оборудования уделяют системам автоматизации и контроля работы насосного оборудования. Каждый насосный агрегат оснащается контрольно-измерительными приборами для защиты оборудования и персонала от нештатной ситуации. Существует перечень параметров контроля насосного агрегата.

Это температура и вибрация подшипниковых узлов насоса, электродвигателя, а также контроль открытия кожуха муфты. Если речь идёт о двойных торцовых уплотнениях, то следует установить датчики на бачок затворной жидкости и контролировать температуру, давление и уровень. Для регулировки частоты вращения, устанавливают частотный преобразователь, который даёт показания о силе тока и числа оборотов вращения вала», — рассказывает Алексей Германов.

Именно в такой логике осуществил модернизацию, например, «Тольяттикаучук», который за два года усовершенствовал 135 единиц насосного оборудования в своём товарно-сырьевом цехе. Вместо насосов, имеющих одинарные торцевые уплотнения, на предприятиях установили агрегаты с двумя уплотнениями или их герметичные аналоги. Модернизированное оборудование оснащено системой противоаварийной защиты и подключено к системе управления. Специалисты «Тольяттикаучук» отмечают, что проведённые мероприятия «позволяют предупредить возникновение аварий и предотвратить попадание углеводородов в воздух рабочей зоны».

Северный вариант

Есть и другая сторона производственного процесса. Добыча нефти уходит на Север, нефтеперерабатывающие предприятия тоже появляются в регионах с холодным климатом. И насосы на этих предприятиях должны быть готовы к эксплуатации в условиях низких температур.

Александр Матвеев объясняет: наиболее чувствительными к изменению температуры являются комплектующие насосов, в составе которых присутствует резина, так как РТИ быстрее утрачивают свои свойства и меняют структуру при понижении температуры. Также, отмечает специалист, важно не допускать понижения температуры самой перекачиваемой среды до значений, при которых жидкость замерзает.

«Работа технологического оборудования при низких температурах сильно затруднена. Уплотнительные резиновые кольца должны быть морозостойкого исполнения, материалы проточной части насоса должны учитывать предел прочности при низкой температуре, электронные приборы не выдерживают температуры ниже минус 50° Поэтому большую часть техники размещают в блочных станциях, в которых поддерживается положительная температура», — комментирует Алексей Германов.

Если в блок-модуль оборудование поместить не получается, то все комплектующие выбирают «северные»: электродвигатели — в холодном исполнении, материалы насосных частей и уплотняющих колец — стойкие к отрицательной температуре. А трубопроводы обматывают греющими кабелями в искробезопасном исполнении и накрывают утеплителем.

«Такое решение, как установка насосов в блочно-модульных зданиях, является наиболее распространённым, но оно имеет ряд очевидных минусов. Среди них — высокие капитальные затраты, связанные с транспортировкой и монтажом подобного здания, необходимостью его оснащения множеством систем жизнеобеспечения (пожарной безопасности, вентиляции, связи, тепло- и водоснабжения и так далее), а также расходы на его содержание.

Именно поэтому специалисты нашей компании разработали альтернативное решение для защиты от низких температур — насосный агрегат в бустерном кожухе. Такое оборудование, укомплектованное специальным термочехлом, можно использовать даже в условиях Крайнего Севера без блочно-модульных станций», — рассказал Александр Матвеев.

«Насосным оборудование наша компания занимается уже около 20 лет. Изначально мы вышли на рынок с уникальным, не имеющим аналогов продуктом — оседиагональным шнековым насосом. На протяжении нескольких лет компания доказывала работоспособность этих агрегатов при работе со сложными жидкостями, имеющими большую вязкость и содержащими механические примеси.

Шнековые насосы типа УОДН применяются практически на любом предприятии, где нужно зачищать резервуары, цистерны, технологические ёмкости. Дизельные мотопомпы применяются МЧС для зачистки водоёмов от проливов нефтепродуктов. Оборудование хорошо зарекомендовало себя при работе с мазутом и другими продуктами высокой вязкости, и компания перешла к разработке двухвинтовых насосов, ориентируясь на опыт иностранных разработчиков. Сейчас данные насосы успешно эксплуатируются на многих нефтеперерабатывающих предприятиях.

В настоящее время «Корвет» осваивает производство центробежных насосов: консольных, многоступенчатых, насосов с двухсторонним подводом жидкости. Главная цель — закрыть пробелы в гидравлических параметрах заводов-конкурентов и снизить процент импортного оборудования на предприятиях».

Чего хотят заказчики?

Таким образом, насосное оборудование для нефти и нефтепродуктов  — решения специфические, требующие от производителя опыта и технической оснащённости. Это с одной стороны. С другой же, как отмечает Александр Матвеев, роль «нефтянки» в российской экономике остаётся значимой, «несмотря на то, что в ряде стран тренд перехода на альтернативные источники энергии укрепляется». Это значит, что спрос на оборудование для нефтедобычи и переработки сохраняется.

«Конечно, компаний, готовых предложить нефтяникам свои решения, также довольно много. Это и крупные западные компании, и множество китайских производителей, и российские предприятия разного уровня», — комментирует г-н Матвеев.

Специалисты отмечают, что, несмотря на то, что Россия вроде бы взяла курс на импортозамещение, крупные заказчики по-прежнему делают выбор в пользу проверенных временем импортных решений. Александр Матвеев подчёркивает, что всё чаще компании при выборе оборудования, обращают внимание на такой параметр, как «total cost of ownership» (совокупная стоимость владения оборудованием), и приводит в качестве иллюстрации опыт ПАО «Лукойл».

Около 10 лет назад 80% парка насосного оборудования компании представляли российские и украинские решения. И проведённый анализ показал, что оборудование в целом работало неэффективно: КПД низкий, производительность со временем падала, энергии насосы потребляли много, да и вообще, реальные характеристики оборудования не соответствовали заявленным производителем. Тарифы на электроэнергию растут, и вот уже несколько лет «Лукойл» меняет имеющиеся насосы на агрегаты европейского производства, получая экономию больше сотни миллионов рублей в год.

«Многие нефтеперерабатывающие предприятия были основаны ещё в Советском Союзе. Насосные агрегаты, работающие там, подбирали, исходя из  тех возможностей промышленности. Сегодня рынок насосного оборудования стал гораздо шире, но предприятия по инерции пытаются заменить старое оборудование на такое же. Например, мазутные хозяйства приобретали центробежные насосы, пересчитывая рабочие точки на перекачиваемый продукт. Из-за ограниченного выбора многие агрегаты работали в крайних точках рабочей зоны, где ниже КПД, и  насос мог в любой момент сорваться в зону неустойчивой работы», — объясняет Алексей Германов.

По его словам, компании-заказчики чаще «заглядываются» на импортную продукцию, поскольку иностранные поставщики могут «подогнать» насос под требуемые характеристики.

«За счёт подрезки рабочего колеса, изменения числа оборотов вращения вала, дросселирования один насосный агрегат может выходить на широкий диапазон производительности-напора. Оборудование, тщательно подобранное к условиям эксплуатации, показывает себя как более энергоэффективное, при правильном использовании оно прослужит дольше. Не все российские производители имеют возможности расширять линейку, комплектовать агрегаты дополнительным оборудованием, устанавливать КИП», — отмечает г-н Германов.

Но специалист тут же уточняет, что есть и в нашей стране предприятия, которые с удовольствием решают сложные задачи, находят технологические возможности и производят необходимый продукт для покупателя. Александр Матвеев соглашается, что в последние годы линейка продукции отечественных поставщиков расширяется, качественный уровень становится выше. Что же касается возможности индивидуального подхода и «подгонки» оборудования под требования конкретного объекта, то здесь интересен опыт компании «Татнефть».

Несколько лет назад она приобрела семь насосных агрегатов немецкого производства. Те показали высокий КПД, позволили сделать производство более энергоэффективным. Но оборудование оказалось ненадёжным, при этом покупка оригинальных импортных запчастей и комплектующих оборачивалась для владельца существенными затратами. Тогда к делу подключилась российская компания «Сервис НПО», которая доработала отдельные узлы немецкого оборудования и тем самым решила проблемы нефтедобытчика.

Текст: Кира Истратова