Гидромашины и компрессоры в нефтегазовом деле

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Гидромашины и компрессоры в нефтегазовом деле

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

2

СОДЕРЖАНИЕ

Лекция 1.

1.1Роль насосов и компрессоров в нефтяной и газовой промышленности

1.2Общая классификация проточных машин

1.3Классификация компрессоров

Лекция 2. Лопастные насосы

2.1Классификация лопастных насосов

2.2Принцип действия лопастных насосов

2.3Типы лопастных насосов

Лекция 3. Поршневые насосы

3.1Поршневые насосы, области применения

3.2Классификация поршневых насосов

3.3Принцип действия поршневого насоса

3.4Устройство поршневых насосов

Лекция 4. Гидравлические забойные двигатели

4.1Турбобуры: назначение, принцип действия

4.2Рабочая характеристика турбины

4.3Типы и конструктивные особенности турбобуров Лекция 5. Винтовые забойные двигатели

5.1Классификация и принцип действия винтовых забойных двигателей

5.2Двигатели общего назначения: типы, устройство, принцип действия Лекция 6. Турбопередачи

6.1Характеристика турбопередач

6.2Турбомуфты

6.3Регулирование турбомуфт

6.4Турботрансформатор Лекция 7. Поршневые компрессоры

7.1Классификация поршневых компрессоров

7.2Принцип действия поршневых компрессоров

7.3Типы и схемы компрессоров

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

3

Лекция 8. Роторные компрессоры

8.1Одновальные компрессоры

8.2Двухвальные компрессоры

8.3Центробежные компрессоры Лекция 9. Компрессорные установки

9.1Состав компрессорной установки

9.2Очистка воздуха и газа от механических примесей

9.3Система охлаждения компрессоров

9.4Воздухосборники, буферные емкости, предохранительные клапаны

9.5Автоматизация компрессорных установок

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

4

Лекция 1

1.1 Роль насосов и компрессоров в нефтяной и газовой промышленности

Насосы широко применяются во всех отраслях нефтяной промышленности. При бурении применяются горизонтальные двухцилиндровые поршневые буровые насосы, развивающие давление 15 – 20 МПа, а также горизонтальные двухцилиндровые поршневые цементировочные насосы с глобоидальной передачей, развивающие давление 32 – 40 МПа.

В нефтедобыче для разных целей применяют поршневые насосы различного устройства. Так, для откачки нефти из скважин применяют глубинные штанговые плунжерные насосы и глубинные бесштанговые плунжерные гидропоршневые насосы. Для законтурного и внутриконтурного заводнений применяют многоплунжерные вертикальные насосы. Для гидравлического разрыва пласта используют горизонтальные трехплунжерные насосы, развивающие давление до 50 – 70 МПа.

При подземном ремонте скважин находят применение горизонтальные двухцилиндровые поршневые и трехплунжерные промывочные насосы. Для деэмульсации нефти в скважинах применяются вертикальные шестиплунжерные дозировочные насосы. На нефтеперерабатывающих заводах для перекачки холодных и горячих нефтепродуктов также применяют поршневые приводные насосы, но наиболее широко применяют паровые прямодействующие поршневые насосы различных конструкций.

На нефтебазах, а также для внутризаводских перекачек на нефтеперерабатывающих заводах применяют горизонтальные приводные двухцилиндровые насосы.

Для перекачки нефти и различных нефтепродуктов по магистральным нефтепроводам применяют приводные горизонтальные трехплунжерные насосы.

Область применения компрессоров непрерывно растет, так как сжатый воздух и газы требуются для ускорения разработки новых месторождений,

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

5 для искусственного воздействия на пласт, для рациональной эксплуатации

газоконденсатных месторождений без потерь конденсата в пласте, для осуществления сбора нефти и газа, для транспортировки газа по трубопроводам от месторождения к потребителям, для осуществления циркуляции газа в установках по извлечению пропан-бутана из попутного нефтяного газа, в установках депарафинизации и деасфальтизации масел и в ряде других случаев.

1.2 Общая классификация проточных машин Гидравлические машины и компрессоры, используемые в нефтегазодо-

бывающей промышленности, относятся к обширному классу проточных машин, играющих исключительно важную роль во всех областях производства. Машиной называется механизм или комплекс механизмов, предназначенный для выполнения полезной (отдаваемой) работы. Это – работа сил производственных (полезных) сопротивлений. Вследствие вредных сопротивлений в самой машине она всегда меньше затраченной (потребляемой) работы, совершаемой движущими силами.

Проточные машины отличаются от прочих тем, что процесс передачи работы у них целиком связан с потоком среды, протекающей через машину. В частности, если текучей средой является капельная жидкость, то проточные машины называются гидравлическими; если же текучая среда газообразная, то говорят о газовых или пневматических проточных машинах.

Приведенное общее определение машин полностью относится к проточным и используется для их классификации по двум основным группам в зависимости от направления передачи работы:

проточные машины – орудия, которые получают работу от приводного вала или штока, а отдают ее потоку текучей среды. К этой группе относятся насосы, служащие для создания потока жидкой среды, и компрессорные машины (то же, но для газообразных сред);

проточные машины – двигатели, которые воспринимают работу от по-

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

6 тока жидкости или газа, а отдают ее через выводной вал. К ним относятся

турбины и другие гидро - и пневмодвигатели.

Существуют агрегаты, составленные из машин обеих названных групп. В подобных системах текучая среда служит передаточным звеном, по отношению к которому проточная машина - орудие – отдающий, а машина - двигатель – приемный орган агрегата. Примеры: гидродинамическая передача, используемая в силовом приводе буровой установки; бесштанговая насосная установка, составленная из наземного силового насоса и погружного поршневого двигателя с насосом; система, состоящая из бурового насоса и забойного гидродвигателя; насосный гидропривод некоторых механизмов буровых и нефтепромысловых установок.

В зависимости от принципа действия все проточные машины делятся на два класса: динамические и объемные. В динамической машине передача работы от рабочего органа к текучей среде (или наоборот) происходит в камере, постоянно сообщающейся со входом и выходом машины. Примеры: центробежный или вихревой насос, турбина турбобура, центробежный или осевой компрессор.

Признак объемной проточной машины – периодическое изменение объема рабочей камеры, попеременно сообщающейся со входом и выходом машины. Примеры: поршневой насос или компрессор, роторный насос, гидромотор, винтовой или пластинчатый компрессор.

Государственный стандарт определяет насос как машину для создания потока жидкой среды. Развитие этого определения приводит к пониманию насоса как машины, предназначенной для перемещения жидкости и увеличения ее энергии. При работе насоса энергия, получаемая им от двигателя, превращается в потенциальную, кинетическую и в незначительной мере в тепловую энергию потока жидкости.

Машины для подачи газовых сред в зависимости от развиваемого ими давления называют вентиляторами, газодувками, компрессорами.

Вентилятор – машина, перемещающая газовую среду при степени по-

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

7

вышения давления ε = 1÷1,15 Газодувка – машина, работающая при ε > 1,15 (обычно ε < 2,5 ÷ 3), но

искусственно не охлаждаемая.

Компрессор сжимает газ при ε > 1,15 и имеет искусственное (обычно водяное) охлаждение полостей, в которых происходит сжатие газа.

Всовременной промышленности распространены гидро- и пневмодвигатели – машины, превращающие энергию потока текучей среды в механическую энергию (гидротурбины, гидро - и пневмомоторы).

Впоследнее время в различных технических устройствах употребляются гидропередачи – конструктивные комбинации, служащие для передачи механической энергии с вала двигателя на вал приводимой машины гидравлическим способом. Гидропередача состоит из насоса, гидродвигателя и системы трубопроводов с устройствами для распределения и регулирования потоков рабочей жидкости (энергоносителя). Во многих случаях все указанные элементы гидропередачи совмещаются в едином конструктивном блоке. Гидравлические двигатели, насосы и гидропередачи составляют класс гидравлических машин.

Аналогично распространены системы пневмопривода, использующие в качестве рабочей среды сжатый воздух. К очевидным преимуществам этого вида проточных машин относятся, с одной стороны, простота устройства (отсутствие необходимости в трубопроводах возврата рабочей среды низкого давления, роль которых исполняет атмосферный воздух) и удачная способность наилучшим образом удовлетворять важным требованиям экологичности применяемых технических систем.

Известными примерами таких систем являются пневматический инструмент, устройства, приспособления и прессы в металлообрабатывающей и машиностроительной промышленности, пневмосистемы управления буровыми и промысловыми установками, установками на предприятиях газо

-нефтепереработки, системы пневмотормозов автотранспорта, а также в текстильной промышленности сжатый воздух используется как энергоноситель

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

8

для проведения ткацкого процесса.

Классификация проточных машин по виду текучей среды и направлению передачи энергии представлена на рис. 1.

Рисунок 1 – Общая классификация проточных машин Насосы подразделяют на два основных класса: динамические и объем-

ные.

Вдинамических насосах передача энергии потоку происходит под влиянием сил, действующих на жидкость в рабочих полостях, постоянно соединенных с входом и вы-ходом насоса. Характерным представителем этого класса является центробежный насос.

Вобъемных насосах энергия передается жидкой среде в рабочих камерах, периодически изменяющих объем и попеременно сообщающихся с входом и выходом насоса. Для этого класса типичным является поршневой насос.

Среди динамических насосов, применяемых в промышленности, наиболее распространены лопастные, в которых жидкая среда перемещается под воздействием движущихся лопастей, и вихревые. В последних жидкость перемещается в тангенциальном направлении благодаря действию плоских радиальных лопастей, расположенных по периферии рабочего колеса.

1.3 Классификация компрессоров Разнообразие областей применения обусловливает широкую номенкла-

туру компрессоров, отличающихся друг от друга как по давлению всасыва-

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

9 ния и нагнетания, так и по производительности и мощности привода и по ис-

полнению.

Если для индивидуального сбора затрубного газа необходимы давление до 0,5 МПа и мощность привода в пределах нескольких лошадиных сил, то для нагнетания газа в пласты с целью интенсификации добычи нефти и разработки газоконденсатных месторождений требуются компрессорные агрегаты, создающие давление до 40 МПа и потребляющие мощность до 4000 КВт.

Для перекачки газа по магистральным трубопроводам требуются компрессоры с давлением нагнетания до 6 МПа и мощностью привода до 4000 КВт, в то время как для внутрипромыслового транспорта нужно давление 3 – 5 МПа и мощность привода 100 – 300 КВт.

Если для перечисленных выше целей требуются стационарные компрессоры, то для испытания строящихся магистральных трубопроводов, для бурения скважин с продувкой забоя воздухом или газом, для освоения скважин требуются мощные передвижные компрессорные станции различной производительности и с давлением нагнетания от 2 до 8 МПа, а иногда до 15 – 20 МПа

Все машины, служащие для сжатия и перемещения воздуха и газа, можно разделить на следующие виды.

1.По принципу действия – на объемные и центробежные машины.

2.По назначению – на стационарные и передвижные.

3.По давлению, на которое рассчитаны машины, на следующие

группы:

а) вакуум-компрессоры, откачивающие газ из пространства, где давление ниже атмосферного, и нагнетающие его в пространство с атмосферным давлением; когда нагнетание происходит в пространство с давлением выше атмосферного;

б) вентиляторы – машины, сжимающие газ или воздух до 0,015 МПа в) газодувки, предназначенные для сжатия рабочего агента до 0,2

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

10

МПа

г) компрессоры низкого давления, рассчитанные на создание давления 0,2-1 МПа;

д) компрессоры среднего давления, рассчитанные на 1 – 10 МПа; е) компрессоры высокого давления – на 10 – 100 МПа и выше.

Компрессоры среднего и высокого давления иногда предназначены для сжатия газа или воздуха, начальное давление которых в несколько раз превышает атмосферное. Такие компрессоры называются дожимающими.

Объемные и центробежные машины отличаются друг от друга по принципу действия.

Основным признаком объемных машин является то, что сжатие газа в них осуществляется в замкнутой полости, объем которой периодически изменяется. К этой категории машин относятся поршневые, ротационные, диафрагменные и винтовые компрессоры.

В центробежных машинах сжатие производится путем непрерывного сообщения газу большой скорости, которая затем преобразуется в давление. К этой группе машин относят и осевые компрессоры в которых в отличие от центробежных перемещение газа и сообщение ему скорости происходят вдоль оси вала машины.

Стационарные и передвижные компрессоры принципиально друг от друга не отличаются. Однако последние для уменьшения габаритов и веса делаются более быстроходными, имеют автономную систему охлаждения и обычно приводятся в действие от двигателя внутреннего сгорания.

Лекция 2. Лопастные насосы 2.1 Классификация лопастных насосов

По принципу действия: лопастные насосы разделяются на центробеж-