Модернизация химических насосов ХБ, ХБЕ, Х, АХ и других с применением БПУ (блоков подшипниковых уплотнительных). В видео рассказывается об особенностях модернизации химических насосов, а также результаты внедрения современных технических решений с применением подшипниковых уплотнительных блоков разработки и производства ООО НПЦ «АНОД»
С каждым годом к насосам нефтехимических производств и топливно-энергетического комплекса предъявляются все более высокие требования по безопасности и надежности. Оборудование стареет…. Не всем «по карману» приобретение современных, отвечающих всем требованиям дорогостоящих зарубежных насосных агрегатов. В этой ситуации НПЦ «Анод» предлагает модернизировать устаревшие консольные насосы, значительно повысив их моторесурс и надежность при относительно невысоких материальных затратах.
Рис.1. Схема нефтяного консольного насоса НК
Практически любые консольные нефтяные насосы можно модернизировать, (рисунок 1), поскольку от исходного консольного насоса остаются лишь спиральный отвод, который демонтировать с рамы и отсоединять от технологических трубопроводов вовсе не обязательно, крышка насоса и рабочее колесо, т.е адаптированная проточная часть к условиям технологического процесса.
В зависимости от условий эксплуатации, химического состава и свойств перекачиваемой жидкости НПЦ «Анод» разработал несколько конструктивных схем модернизации консольных насосов. В основе всех схем лежит один принцип. Вместо подшипников качения, широко использующихся в насосостроении, применяются подшипники скольжения. Статические и динамические радиальные нагрузки воспринимают опорные подшипники скольжения , а осевые – упорный подшипник скольжения. В зазор подшипников скольжения подается жидкость, которая при вращении ротора образует несущий клин. Несущую способность обеспечивают силы давления, возникающие в жидкостном слое. Данный узел получил название БПУ — блок подшипниковый уплотнительный .
Рис. 2. Схема модернизированного консольного нефтяного насоса НК
Первая схема модернизации консольных насосов , изображенная на рисунке 2, наиболее простая – для консольных насосов, перекачивающих чистые неагрессивные нефтепродукты с температурой, не превышающей 120 ºС, имеющие хорошие смазывающие свойства, такие как бензины, минеральные масла, дизельное топливо.
Как видно из рисунка, опоры скольжения и упорный подшипник скольжения находятся в перекачиваемой среде. Приводной конец вала консольного насоса герметизируется двойным торцевым уплотнением или торцевым уплотнением типа «тандем». В данном случае это серийно выпускаемые НПЦ «Анод» торцевые уплотнения УТД (двойное торцовое уплотнение) и УТТ (торцовое уплотнение типа ‘Тандем) для нефтяных насосов типа НК. Упорный подшипник скольжения , воспринимающий осевую нагрузку на ротор, находится между значительно разнесенными опорными подшипниками скольжения. Расстояние между опорами (база вала), при такой схеме увеличивается практически вдвое по сравнению с традиционной конструкцией с подшипниками качения. Задний подшипник скольжения находится непосредственно около рабочего колеса, «сводя на нет» консольный участок вала. Изгибающие усилия действующие при вращении на вал значительно снижаются.
В зависимости от конструкции консольного насоса такая модернизация может потребовать незначительной доработки крышки насоса.
Рис. 3. Схема модернизации консольного нефтяного насоса НК
Вторая схема модернизации консольного насоса, изображенная на рисунке 3, применяется в тех случаях, когда перекачиваемая жидкость содержит значительный объем механических частиц и нет возможности доработать крышку насоса.
Расположение опорных и упорных подшипников скольжения здесь такое же, главное отличие – компоновка торцевого уплотнения. Здесь не применяется классическое двойное торцевое уплотнение, имеющее две уплотнительные ступени, между которыми подается затворная жидкость под давлением, превышающим давление перекачиваемой жидкости. В нашем случае роль ступеней двойного торцевого уплотнения играют два одинарных торцевых уплотнения герметизирующих подшипниковый блок с двух сторон, подшипники скольжения размешены между торцевыми уплотнениями в образовавшейся камере, в которую и подается затворная жидкость. Такая схема обеспечивает стабильную работу подшипников скольжения на чистой среде.
Рис. 4. Схема модернизации консольного нефтяного насоса НК для высоких рабочих температур
Следующая схема (рисунок 4) применительна к консольным насосам типа НК перекачивающим жидкости с температурой 120…450 оС. Отличие ее от второй схемы лишь в том, что в сальниковую камеру консольного насоса устанавливается теплообменник, такой же конструкции, что и в торцевых уплотнениях типа УТТХ (торцовое уплотнение типа ‘Тандем” с холодильником) и УТДХ (двойное торцовое уплотнение с холодильником). Данный теплообменник обладает достаточной эффективностью, чтобы снизить температуру в районе подшипникового уплотнительного блока БПУ до 40…80оС. Такая температура уже приемлема для материала втулок подшипников скольжения.
Подшипники скольжения, разработанные в НПЦ “Анод” имеют как традиционные, так и оригинальные элементы. Конструкция узла упорного подшипника скольжения позволяет ему воспринимать значительные усилия.
Силовая не вращающаяся ступень упорного подшипника скольжения состоит из нескольких колодок опирающихся на металлическое основание. Колодки укладываются в сепаратор, обеспечивающий незначительное их свободное перемещение. Конструкция же вспомогательной ступени, работающая лишь при пуске – остановке значительно упрощена. Вращающиеся элементы подшипника скольжения представляют собой два жестких металлических диска, установленных на ступице, жестко посаженной на вал.
Опорный подшипник скольжения состоит из вращающейся и неподвижной втулки, первая закреплена на валу, а вторая в свою очередь запрессована в корпусе подшипника, корпус подшипника самоустанавливающийся.
Материалы, используемые в подшипниковом уплотнительном блоке БПУ, позволяют модернизировать и консольные насосы НК , перекачиваемые слабоагрессивные жидкости. Корпусные элементы БПУ изготовлены из стали 20Х13, вращающиеся втулки подшипников скольжения и диски упорного подшипника скольжения – 95Х18. Ответные втулки опорных подшипников скольжения, вкладыши и накладки упорного подшипника скольжения изготовлены из композиционного фторопластового материала “Флубон”. Это один из вариантов материала пар трения в подшипниках скольжения.
Одним из пунктов модернизации консольных нефтяных насосов является создание вспомогательных систем. В первой схеме подшипники скольжения работают на перекачиваемой среде, в состав обслуживающей системы входят: фильтр и теплообменник. Конечно, можно значительно упростить систему и исключить эти элементы, но это возможно лишь в случае, когда перекачиваемая жидкость имеет температуру ниже 70оС и содержание механических примесей меньше 1%.
Консольные насосы, модернизированные по второй и третьей схеме, имеют обвязку двойного торцового уплотнения, разница лишь в том, что затворная жидкость подается к каждому подшипнику скольжения отдельно, что позволяет обеспечить более эффективный отвод тепла от подшипниковых поверхностей и контроль их температурного состояния. В “горячих” консольных насосах дополнительно установлена система охлаждения сальниковой камеры.
В настоящее время по результатам опытных и экспериментальных разработок отработаны различные пары трения в подшипниках скольжения: карбид кремния, карбид вольфрама, материалы на основе РЕЕК в различных комбинациях в зависимости от условий работы.
В заключение стоит отметить, что консольные насосные агрегаты, оборудованные подшипниками скольжения, несомненно, имеют ряд преимуществ перед традиционными конструкциями консольных насосов. К тому же, такая модернизация – один из путей обновления парка насосного оборудования в современных условиях импортозамещения. Установка блоков БПУ с подшиниками скольжения производства НПЦ АНОД на насосы зарубежных производителей позволяет продлить их ресурс, нередко поднять КПД и избежать значительных капитальных затрат связанных с заменой этих насосов.
Обращаем внимание, что ООО НПЦ «АНОД» не только модернизирует старые насосы, но и выпускает новые насосные агрегаты серии 5-АНГК с проточными частями как отечественного, так и зарубежного производства с применением блоков подшипниковых уплотнительных.
Торцевые уплотнения производства НПЦ «АНОД»
Диапазон услуг, оказываемых ООО НПЦ «АНОД», не ограничивается изготовлением качественной продукции. Мы имеем возможность:
— осуществления мониторинга работающего насосного оборудования с последующими рекомендациями по улучшению работы и повышению его надежности,
— выполнения послепродажного обслуживания торцевого уплотнения (включая шеф-монтаж, пуск в эксплуатацию, ремонт, анализ причин неисправностей и выходов из нормальных параметров работы торцевого уплотнения).
— обучения персонала по эксплуатации, проведение семинаров и курсов для механиков разных уровней (обучение может проводиться в форме периодических совещаний, занятий в группах, индивидуальной подготовки).
Специалисты сервисного центра в кратчайшие сроки на месте оценят техническое состояние оборудования и условия эксплуатации торцового уплотнения. От данных факторов зависит работоспособность торцового уплотнения. При необходимости выполнят ревизию торцового уплотнения и его ремонт. В 80% случаев выхода из строя уплотнений для его ремонта достаточно восстановления колец пар трения (или замены колец пар трения), замены резиновых уплотнительных колец и пружин. Гораздо реже случаются повреждения корпусных деталей. Нередко имеет место факт изменения условий эксплуатации оборудования. Например, изменились характеристики рабочей среды, что значительно сокращает ресурс работы торцевого уплотнения. В этом случае специалисты наших сервисных центров помогут Вам улучшить эксплуатационные характеристики уплотнения путем подбора материалов согласно фактическим условиям работы.
После диагностики торцевого уплотнения по характеру износа, можно многое сказать о параметрах системы, в которой эксплуатируется торцовое уплотнение. Что в дальнейшем позволит устранить имеющиеся недостатки для более продолжительной и бесперебойной работы оборудования в данных условиях.
Следует иметь ввиду, что стоимость восстановления торцового уплотнения в зависимости от типа уплотнения (одинарного торцевого уплотнения, двойного торцевого уплотнения) составляет 25-50 % от полной стоимости нового торцевого уплотнения и может достигать 80 % для сильфонного торцевого уплотнения.
Заказчик, выбрав производителя торцовых уплотнений, должен получить положительный экономический эффект от реализации плана по сокращению издержек своего предприятия. Данная выгода для предприятия подразумевает реальное снижение расходов на обслуживание динамического оборудования в размере близком к 10% ежегодно в течение трех лет сотрудничества с данным производителем. Если этого не происходит, то службе механика следует задуматься о своей эффективности.
Целью настоящей статьи является ознакомление руководящих работников и ведущих специалистов ТЭЦ и ГРЭС с возможностью использования существующих и новых систем торцевых уплотнений валов насосных агрегатов, существенно повышающих качество эксплуатации мазутного хозяйства.
Не говоря о достоинствах и недостатках торцевых уплотнений разных производителей, хочу обратить внимание на конечную выгоду потребителя торцевых уплотнений, которая по-прежнему складывается из: надежности работы торцевого уплотнения, его стоимости, стоимости ЗИПа и ремонта. Заказчик, выбрав производителя торцевых уплотнений, должен получить экономический эффект от реализации плана по сокращению издержек. Данная выгода подразумевает реальное снижение расходов на обслуживание динамического оборудования в размере около 10% ежегодно в течение трех лет сотрудничества с производителем. Если этого не происходит, то службе механика следует задуматься об эффективности.
Рассмотрим различные виды торцевых уплотнений валов насосов, помогающих решить указанные проблемы с соблюдением требований надежности и безопасности при приемлемой стоимости.
Одинарные торцевые уплотнения
Одинарное торцевое уплотнение
Это первые торцевые уплотнения, которые пришли на смену сальниковым. Имея одну пару колец трения, минимальное количество входящих в состав деталей, уплотнения показали хорошие ресурсные характеристики и существенно меньшие утечки перекачиваемой среды. Уплотнения нашли широкое применение на насосах первого и второго подъема (НК, НД, 5Н5, ОДН и др). Установка холодильника вала перед уплотнением позволила обеспечить работу при высоких температурах перекачиваемого мазута. Были освоены приемы пуска насосов как из «холодного» так и «горячего» состояния, исключающие повреждение уплотнений. Недостатком одинарных уплотнений является невозможность предотвращения утечки при разрушении колец пары трения. В этой ситуации обнаружение и локализация утечки зависят от человеческого фактора. Ввиду высокой надежности одинарных торцевых уплотнений, надзорными органами допущена их эксплуатация до выработки ресурса с последующей заменой на уплотнения со вспомогательным уплотнением в соответствие с требования национального стандарта РФ ГОСТ 31839-2012 (ЕН 809;1998) «Насосы и агрегаты насосные для перекачки жидкостей. Общие требования безопасности».
Одинарные торцевые уплотнения со вспомогательным уплотнением
Одинарное торцевое уплотнение с защитной ступенью
Такие уплотнения относятся к комбинированным. НПЦ «АНОД» в соответствие с вышеупомянутым ГОСТом разработал и производит комбинированные уплотнения, в которых одинарное и вспомогательное уплотнения выполнены торцевыми и размещены в едином корпусе. Уплотнение – это законченный модуль, не требующий дополнительных проверок и регулировок при монтаже. Контурную ступень образует одинарное уплотнение, а атмосферную ступень — вспомогательное уплотнение оригинальной конструкции. Особенностью уплотнения является локализация утечки при разрушении колец пары трения контурной ступени вспомогательным уплотнением, подвижное уплотнительное кольцо которого под действием давления уплотняемой среды входит в контакт с неподвижным кольцом, предотвращая неконтролируемую утечку перекачиваемого продукта. Процесс происходит без участия человека и средств автоматики. Для аварийного отключения насоса используется сигнал с датчиков давления. Системы контроля позволяют легко автоматизировать процесс управления группой насосов, подключая резервный и отключая текущий насос.
Двухступенчатые торцевые уплотнения типа УТД (двойные) и УТТ (тандем)
Двойное торцевое уплотнение
Данный тип уплотнения представляет собой модуль, в корпусе которого установлены одна за другой две ступени одинарных торцевых уплотнений. Каждая из ступеней может обеспечить длительную работу в составе уплотнения при рабочих параметрах перекачиваемой среды. Для осуществления смазки трущихся пар колец и отвода тепла из внутренней полости уплотнения используется бачок с затворной (барьерной) жидкостью, циркуляция которой осуществляется встроенным импеллером. Контроль работы системы обеспечения работоспособности торцевого уплотнения осуществляется путем наблюдения за изменениями температуры, давления и уровня затворной жидкости. Система рассчитана на рабочее давление перекачиваемой среды и герметична относительно внешней среды. Уплотнения типа УТД работают при давлении барьерной жидкости на 0,1…0,3 МПа большем, чем давление среды в сальниковой камере. Таким образом, при разуплотнении контурной ступени, перекачиваемая среда не может попасть во внутреннюю полость уплотнения и привести к потере герметичности атмосферной ступени. Уплотнения типа УТТ работают при давлении затворной жидкости близком к атмосферному. В случае нарушения герметичности контурной ступени буферная жидкость не может попасть в перекачиваемый продукт, имеющем большее давление, и загрязнить его.
Двойное торцевое уплотнение типа тандем
Подобные уплотнения уже более 20 лет успешно эксплуатируются в нефтеперерабатывающей промышленности, обеспечивая надежную защиту насосов от утечек через уплотнения. Процесс контроля состояния уплотнения и управления отсечной арматурой может быть легко автоматизирован на базе предусмотренного комплекта КИП. Двухступенчатые уплотнения имеют развитые обслуживающие системы, требуют более высокой квалификации обслуживающего персонала.
Блоки подшипниковые уплотнительные (БПУ)
БПУ были разработаны с целью модернизации центробежных насосов для повышения межремонтного пробега, снижения вибрации, уменьшения числа отказов. При модернизации штатные опорно-уплотнительные системы с подшипниками качения заменяются на специально разработанные подшипниковые-уплотнительные блоки (БПУ). БПУ объединяет в едином корпусе как опорную, так и уплотнительную системы и упрощенно выглядит как двойное торцевое уплотнение, между уплотнительными ступенями которого помещены два упорных и два радиальных подшипника скольжения. Обслуживающие БПУ системы аналогичны применяемым для двухступенчатых торцевых уплотнений. Ввиду существенного улучшения условий работы элементов конструкции блока, многократно увеличен ресурс и межремонтный пробег насоса. В связи с уменьшением отказов уплотнений возросла и безопасность эксплуатации насосов. Следует отметить, что при этом сократились затраты на обслуживание и ремонт.
Блок подшипниковый уплотнительный БПУ на мазутном насосе
Ознакомившись с опытом работы европейских НПЗ, можно сделать вывод о том, что там давно существует практика проведения технического аудита состояния работоспособности насоса. Данная практика позволяет заказчику получать рекомендации по состоянию насосного оборудования и повышению его надежности в долгосрочном периоде.
Мазутное хозяйство к настоящему времени является наименее оснащенным конструктивными разработками и технологиями в части ликвидации утечек перекачиваемой среды. Применение рассмотренных уплотнений и БПУ позволяет не только повысить качество предоставляемых услуг, но и в разы увеличить срок службы подшипников и уплотнений, увеличить межремонтный период до 3…5 лет.
Многолетний опыт эксплуатации торцевых уплотнений, изготавливаемых серийно, показывает их высокую надежность и соответствие заявленным параметрам. Качество выпускаемых ООО НПЦ «АНОД» торцевых уплотнений подтверждается высоким ресурсом и надежностью работы.
Торцевые уплотнения производства НПЦ АНОД
Имея многолетний опыт проектирования торцевых уплотнений, мы добились создания надежной целостной конструкции. Построенная на предприятии система контроля качества, а также последующие испытания 100% готовых изделий гарантируют надежность работы. Однако выходы из строя торцевых уплотнений в процессе эксплуатации происходят, в основном это связано с неправильным монтажом, эксплуатацией и отсутствием контроля над состоянием агрегата.
Можно выделить несколько основных причин нестабильной работы торцевого уплотнения на динамическом оборудовании:
Как было сказано выше, одна из основных причин выхода из строя торцевых уплотнений — это неправильный монтаж. Рассмотрим основные ошибки, возникающие при монтажах.
А) Торцевое уплотнение — технически сложный узел, включающий в себя ряд деталей, изготовленных с высокой точностью из труднообрабатываемых керамических и металлических материалов. Поэтому работы по монтажу должны осуществляться технически грамотным, специально обученным персоналом в соответствии с прилагаемыми инструкциями и руководствами. Любое торцевое уплотнение должно легко устанавливаться на посадочные поверхности. Применение ударных методов недопустимо! Удары по торцевому уплотнению неизбежно приведут к разрушению керамических колец пар трения.
Б) Перед монтажом необходимо убедиться в соосности вала агрегата и посадочной поверхности сальниковой камеры, а также в перпендикулярности торца сальниковой камеры. Зачастую эти параметры далеки от максимально возможных. Для нормальной работы торцовых уплотнений их необходимо приводить в норму перед монтажом.
В) При первом монтаже двойного торцового уплотнения приходится производить его подключение к устройствам обеспечения затворной жидкостью. Подключение производится стальными трубопроводами с применением сварки. В этом случае следует обратить особое внимание на чистоту внутренних полостей труб и исключить попадание металлических частей в затворную жидкость впоследствии. Имелось несколько случаев попадания остатков от сварных электродов и кусочков металла после сварки в торцовое уплотнение. Результатом этого было заклинивание импеллеров и даже чрезмерный разогрев частей торцевого уплотнения с последующим его разрушением.
Правильно и грамотно смонтированное торцевое уплотнение — залог его долгой нормальной работы.
Имеют места случаи, когда после установки уплотнений НПЦ «АНОД», учитывая их продолжительную безотказную работу, персонал «забывает» об агрегатах, на которых установлены уплотнения. Но в результате эксплуатации возникают нарушения в работе самого агрегата, такие как износ подшипников, двигателя. Из-за этого возникают вибрации или перемещения валов, недопустимые для дальнейшей эксплуатации торцевых уплотнений. Рекомендуем не мене одного раза в неделю проводить визуальный контроль состояния торцевого уплотнения. В случае необходимости агрегат требуется вовремя выводить в ремонт, не допуская разрушения торцового уплотнения.
Основные материалы торцевых уплотнений изначально выбираются исходя из условий эксплуатации. Поэтому торцовые уплотнения, спроектированные для работы с углеводородами, нельзя использовать для работы с кислотами и т.д. Были случаи, когда одинаковые торцевые уплотнения, работая на поддержания пластового давления при нефтедобычи, на одном месторождении безотказно служили годами, а на другом месторождении коррозировали за месяц. После проведенного анализа перекачиваемой воды выяснилось, что ее состав значительно отличается по кислотности. Поэтому пришлось применять в качестве основных материалов химически стойкие нержавеющие стали.
Для избежания ошибок при работе, эксплуатации и ремонту торцевых уплотнений производства НПЦ «АНОД», рекомендуем обращаться за консультациями и обучением технических специалистов в службу сервиса нашего предприятия, а также в региональные сервисные центры.