Буровые насосы

1 0БЩАЯ ЧАСТЬ 

         1.1 Конструктивные особенности нефтепромыслового  оборудования 

         Классификация поршневых насосов 

         1 По способу приведения в действие:

         1.1 Приводные, в которых поршень приводится в движение шатунно-кривошипным механизмом от отдельно расположенного двигателя, присоединенного к насосу при помощи той или иной передачи;

         1.2 Прямого действия, в которых  возвратно-поступательное движение  поршня насоса обеспечивается  от гидравлического (пневматического)  цилиндра, представляющих вместе  с насосом один агрегат;

         1.3 Ручные;

         2 По роду органа, вытесняющего жидкость (в некоторых видах насосов можно устанавливать поршни, работающие в цилиндровых втулках, и при необходимости заменить их плунжерами, работающими в неподвижном уплотнении)

         2.1 Поршневые, имеющие поршень в форме диска;

         2.2 Плунжерные, поршень которых выполнен в виде длинного цилиндра (плунжера);

         2.3 Диафрагменные, в которых   объем   рабочей   камеры   образован стенками клапанной коробки и перемещающейся диафрагмой. В зависимости от конструкции диафрагма может быть пассивной или активной;

         3 По способу действия;

         3.1 Одинарного действия;

         3.2 Двойного действия;

         3.3 Дифференциальные;

         4 По расположению цилиндра;

         4.1 Горизонтальные;

         4.2 Вертикальные;

         5 По числу цилиндров;

         5.1 Одноцилиндровые:

         5.2 Двухцилиндровые;

         5.3 Трехцилиндровые;

         5.4 Многоцилиндровые;

         6 По роду перекачиваемой жидкости;

         6.1 Обыкновенные;

         6.2 Горячие (для перекачки горячих жидкостей);

         6.3 Буровые (для перекачки промывочных  растворов при бурении скважин  и др.);

         6.4 Специальные (кислотные и др.);

         7 По быстроходности рабочего органа;

         7.1 Тихоходные, с числом двойных ходов поршня (плунжера) в минуту 40-80;

         7.2 Средней быстроходности, с числом  двойных ходов поршня (плунжера) в минуту 80-150;

         7.3 Быстроходные, с числом двойных ходов поршня (плунжера) в минут 150-350;

         8 По развиваемому давлению;

         8.1 Малого давления Р < 1 МПа;

         8.2 Среднего давления Р= 1...10 МПа;

         8.3 Высокого давления Р>10 МПа;

         9 По подаче;

         9.1 Малые, диаметр поршня D < 50мм;

         9.2 Средние, диаметр поршня D = 50...150мм;

         9.3 Большие, диаметр поршня D > 150мм; 

         [pic] 

         Рисунок 1.1 – Поршневой насос 

         Принцип работы поршневого насоса 

         В поршневом насосе, перекачивающем  жидкость, происходит поочередное  заполнение жидкостью рабочих  камер и ее вытеснение в  результате соответственно увеличения  или уменьшения их объема.

         Поршневые насосы состоят из  механической и гидравлической  частей.

         Гидравлическая часть служит  для преобразования механической  энергии поршня или плунжера  в механическую энергию жидкости. Механическая часть предназначена  для преобразования движения  входного звена привода в      возвратно-поступательное движение  поршня или плунжера.

         Простейший поршневой насос (рисунок  1.2 а) состоит из цилиндра 4, поршня 5, соединенного при помощи штока  6 с приводной частью насоса 7, всасывающего 2 и нагнетательного  клапанов, размещенных в клапанной  коробке 3. 

         [pic] 

         Рисунок 1.2 - Схемы поршневых насосов 

         Пространство, ограниченное поршнем,  стенками цилиндра и клапанной  коробкой, называется рабочей камерой  насоса. Объем рабочей камеры  обусловлен положением поршня, минимальный  соответствует левому предельному  положению поршня и называется  объемом мертвого пространства, максимальный - предельному правому  положению поршня. Разница между  максимальным объемом и объемом  мертвого пространства называется  полезным объемом рабочей камеры.

         При движении поршня вправо (ход  всасывания) объем рабочей камеры  увеличивается, а давление в  ней уменьшается. Перекачиваемая  жидкость под действием атмосферного  давления открывает всасывающий  клапан и заполняет рабочую  камеру. В это время нагнетательный  клапан закрыт. Таким образом,  при ходе всасывания рабочая  камера связана с всасывающим  патрубком и  изолирована от  нагнетательного патрубка.

         При обратном ходе поршня в  рабочей камере создается давление, превышающее давление в нагнетательном  патрубке, нагнетательный клапан  открывается и жидкость, по объему  соответствующая полезному объему  рабочей камеры вытесняется.

         Во время нагнетательного хода  рабочая камера насоса связана  с нагнетательным патрубком (клапан  открыт) и изолирована от всасывающего (клапан 2 закрыт).

         Одним из конструктивных вариантов  насоса одинарною действия является  плунжерный, или скальчатый, насос  (рисунок 1.2 б) При перемещении  плунжера 8 в цилиндре 4 изменяется  объем рабочей камеры, в результате  чего происходит всасывание в  рабочую камеру или вытеснение  из нее жидкости через клапаны  2 и, как у насоса одинарного  действия.

         Насосы двойного действия (рисунок  1.2 в) позволяют увеличить равномерность  подачи без существенного усложнения  конструкции. Насос имеет две  рабочие камеры - слева и справа  от поршня 5, две клапанные коробки  3, каждая из которых имеет всасывающие  и нагнетательные 2 клапаны. Всасывающий  и напорный патрубки общие  для двух камер.

         При движении поршня влево  жидкость всасывающего патрубка  поступает в правую полость,  а жидкость, находящаяся в левой  полости, вытекает в нагнетательный  патрубок. При движении поршня в право всасывание происходит в левой полости, а нагнетание - из правой 1, т.е. каждая камера работает как насос простого действия.

         Дифференциальный насос (рисунок  1.2 г) имеет также две камеры. Левая камера имеет всасывающий  2 и нагнетательный 1 клапаны, правая  вспомогательная камера клапанов  не имеет. При движении поршня 5 вправо в левой камере происходит  всасывание - жидкость через всасывающий  клапан 2 поступает из всасывающего  патрубка в левую рабочую камеру. Нагнетательный клапан при этом  закрыт, а жидкость, вытесняемая  из правой вспомогательной рабочей  камеры, поступает в нагнетательный  патрубок. При ходе поршня влево  жидкость вытесняется через нагнетательный  клапан во вспомогательную камеру 9, объем которой увеличивается,  а

         оставшаяся часть жидкости идет  в нагнетательный патрубок. Таким  образом, независимо от направления  движения поршня происходит подача  жидкости.

         Диафрагменные насосы (рисунок 1.2 д, е, ж) отличаются от рассматриваемых конструкций наличием диафрагмы 10, образующей вместе с корпусом и клапанами рабочую камеру насоса.

         Работа диафрагменного насоса (рисунок  1.2 д, с) аналогична работе насоса одинарного действия: при движении плунжера 8 вправо происходит изменение объема рабочей камеры, диафрагма прогибается, перекачиваемая жидкость поступает через всасывающий клапан в рабочую камеру. При движении плунжера влево объем рабочей камеры уменьшается, и перекачиваемая жидкость через напорный клапан вытесняется в нагнетательный патрубок.

         В зависимости от конструкции  насоса различаются «пассивные»  и «активные» диафрагмы. В первом  случае      (рисунок 1.2 д, е) диафрагма предназначена только для разделения перекачиваемой жидкости и жидкости, передающей энергию от плунжера. При этом перепад давлений на диафрагме минимальный и обусловлен потерями энергии на ее деформацию. Во втором случае (рисунок 1.2 ж) диафрагма передает усилие от штока на жидкость и находится под давлением, развиваемым насосом. Малая прочность диафрагм и их низкая усталостная прочность обусловливают применение «пассивных» диафрагм в насосах, работающих при высоких давлениях и малом числе качаний, и «активных» диафрагм в насосах, обеспечивающих низкие давления при большом числе качаний (топливные системы ДВС). 

         1.2 Монтажная документация 

         Основной документацией, необходимой  для монтажа объектов, являются  рабочие чертежи технологической  части проекта и составляются  обычно в следующем объеме: планы  и разрезы технологических установок  или цехов с размещением оборудования, обслуживающих металлоконструкций  и обвязочных трубопроводов и

         указанием привязочных размеров между собою и к строительным элементам сооружения; размещение опор трубопроводов с указанием их типов, с соответствующей маркировкой и привязкой размеров к трубопроводам, аппаратуре и элементам строительной части объекта; спецификации по линиям трубопроводов с указанием комплектов необходимых материалов и деталей; сводные спецификации материалов, арматуры и деталей, а также опор трубопроводов; спецификации (ведомости) оборудования и технологических металлоконструкций.

         На стадии проектирования представляются  пояснительная записка и сметы.  В пояснительной записке даются  обоснования по принятым в  рабочих чертежах проектным решениям, ссылки на действующие технические  условия и инструктивные материалы  по производству монтажных работ.  При наличии специфических условий  производства работ проектная  организация выдает необходимые  проектные решения по этим  вопросам.

         Сметную документацию разрабатывают  на объем монтажных работ по  рабочим чертежам и регламентируют  различными сметными нормативами  (общесоюзными, ведомственными или  местными единичными расценками, ценниками и калькуляциями стоимости  оборудования и материалов).

         Сводную смету на стадии рабочих  чертежей обычно не составляют; предусмотренные прочие работы  и затраты, а также расходы  по приобретению и доставке  оборудования и инвентаря не  уточняют.

         Монтажная организация должна  серьезно и тщательно изучить  техническую документацию, выявить  и своевременно исправить допущенные  в проекте ошибки и недостатки.

         Кроме чертежей, монтажные организации  должны ознакомиться с другими  техническими документами и пользоваться  ими в подготовительный период  и в процессе монтажа. К числу  этих документов относятся:

  - технические  условия на изготовление оборудования, трубопроводов и металлоконструкций;

  - инструктивные  материалы на монтаж оборудования, трубопроводов и металлоконструкций;

  - заводские паспорта  на оборудование (указания по  условиям сборки и монтажа  его, а также по выверке,  испытанию и обкатке);

  - технические  условия на поставку технологического  оборудования;

  - заводские акты  испытаний аппаратуры, сертификаты  на материалы, а также нормали  и стандарты, в которых указываются  требования к качеству материалов.

         К первичной технической документации  следует также отнести проекты  производства работ (ППР) —  комплексные или по отдельным  видам. Проведение монтажа современных  объектов строительства индустриальными  и скоростными методами при  высокой степени механизации  невозможно без тщательно выполненного  проекта организации и производства  работ; строжайшее соблюдение  заложенных в ППР решений и  указаний гарантирует быстрое  и качественное выполнение монтажных  работ, а также снижение их  стоимости.

         Проекты производства работ составляют  на основе решений утвержденного  проекта организации строительства.  Проекты производства монтажных  работ выполняют одновременно  и с учетом проекта производства  строительных работ; целесообразные  способы монтажа выбирают с  учетом возможностей и оснащенности  монтажной организации. ППР служит  основным руководящим документом  для организации работ на строительном  объекте. Указанные проекты составляют непосредственно, субподрядные организации или привлеченные для этой цели специализированные проектные организации.

         Проекты производства монтажных  работ для объектов промышленного  строительства должны содержать: 

  - календарный  план производства работ по  объекту, и сводный календарный  план, по пусковым комплексам  объектов, устанавливающие последовательность  и сроки выполнения монтажных  работ;

  - график поступления  на объект конструкций, деталей,  полуфабрикатов, технологического  оборудования и основных материалов  с приложением комплектовочной  ведомости;

  - график движения  рабочих по профессиям;

  - график работы  основных машин и механизмов;

  - строительный  генеральный план объекта с  расположением постоянных и временных  транспортных путей, схем энергоснабжения,  теплоснабжения, кранов, механизированных  установок, складов и других  сооружений и устройств, необходимых  для нужд строительства;

  - технологические  карты на сложные работы и  работы, выполняемые новыми методами.

         На остальные виды основных монтажных работ приводят схемы организации и описание последовательности и методов их производства с расчетом необходимых затрат труда и количества машин; составляют рабочие чертежи временных зданий и сооружений, а также различных устройств и приспособлений (при отсутствии типовых решений); разрабатывают мероприятия по технике безопасности (временное крепление монтируемых конструкций, устройство ограждений лесов и т.п.); составляют краткую пояснительную записку, содержащую необходимые обоснования, основных решений проекта с приведением соответствующих технико-экономических показателей (продолжительность строительства, уровень применения сборных конструкций, уровень механизации основных строительно-монтажных работ, трудоемкость в человеко-днях, среднедневная выработка на одного рабочего по основным видам работ в физических объемах и средняя по строительству в денежном выражении).

         Проекты производства работ по  монтажу технически несложных  объектов могут состоять только  из календарного плана производства  работ, стройгенплана   и,  при   необходимости, краткой пояснительной записки. ППР утверждает главный инженер монтажной организации, не позднее, чем за один   месяц до начала монтажа. 

         Промежуточная (исполнительная) техническая  документация 

         Эта документация необходима  для контроля соответствия качества  производимых работ требованиям  технических условий, ее выполняет  монтажная организация в процессе  производства монтажных работ.  В объем документации входят:

  - акты приемки  фундаментов под монтаж оборудования (с приложением геодезических  схем отклонений от проектных  размеров);

  - акты на скрытые  работы (очистка внутренних и  наружных поверхностей для антикоррозионных  покрытий; бетонирование опорных  частей конструктивных элементов  после закрепления; подготовка  траншей для трубопроводов и  т. п.);

  - протоколы или  другие документы, подтверждающие  замену материалов, предусмотренных  проектом;

  - документы по  изменениям и дополнениям проектов;

  - протоколы лабораторных  испытаний материалов, сварных соединений  и заключения по проверке работы  сварщиков;

  - акты на испытание  оборудования и трубопроводов.

         Отдельные работы актируются  двухсторонним оформлением подписями  (в основном монтажной организацией  и представителем заказчика). 

         Техническая документация для  сдачи работ 

         Эта стадия оформления технической  документации — завершающая.  В конечном счете, оформление  сдачи монтажных работ является  комплектованием суммы технических  актов, оформленных ранее на  стадии производства работ.

         Лишь при своевременном, качественном  оформлении промежуточной (исполнительной) технической документации на  стадии проведения монтажных  работ можно быть уверенным  в том, что приемно-сдаточный  акт будет оформлен без задержек. В противном случае зачастую  выявляется необходимость проведения ряда дополнительных проверок качества монтажа по отдельным операциям.

         Монтаж отдельных видов оборудования  заканчивается их индивидуальными  испытаниями:

  -  для емкостей  и аппаратуры — испытанием  на плотность и прочность;

  -  для машин,  механизмов и аппаратов с приводами  — испытанием вхолостую и под  нагрузкой.

         Характер, объем и длительность индивидуальных испытаний по каждому виду оборудования устанавливаются техническими условиями и соответствующими главами СНиП на монтаж отдельных видов оборудования; результаты испытаний оформляются техническими актами. По окончании индивидуальных испытаний смонтированное оборудование (включая коммуникации) предъявляется заказчику для комплексного опробования объекта в целом или отдельных его участков в соответствии с пусковой схемой.

         Рабочая комиссия составляет  промежуточный акт о готовности  оборудования к комплексному  опробованию с предъявлением  соответствующей приемно-сдаточной  технической документации. Указанный  акт является одновременно документом  передачи оборудования заказчику и соответственно с этого времени ответственность за сохранность оборудования переносится на заказчика. Комплексное опробование оборудования заказчиком и степень участия при этом монтажных организаций регламентируются СНиП. 

         После комплексного опробования  рабочая комиссия принимает оборудование  в эксплуатацию по специальному  акту. К этому акту прилагается  следующая приемо-сдаточная техническая  документация:

  - акты готовности  фундаментов, опорных конструкций  и других оснований под монтаж  оборудования;

  - акты на «скрытые»  работы по монтажу оборудования; монтажные и сварочные формуляры;

  - акты готовности  оборудования для производства  специальных работ;

  - акты на оборудование, проверяемое Госгортехнадзором;

  - акты испытаний  систем (гидравлических, пневматических  и смазки);

  - акты испытаний  оборудования на прочность и  плотность;

  - акты испытаний  оборудования вхолостую (для машин,  механизмов и аппаратов с приводами);

  - акты испытания  оборудования под нагрузкой (для  машин, механизмов и аппаратов  с приводами);

  - акт готовности  оборудования к комплексному  опробованию;

  - комплект рабочих  чертежей на монтаж оборудования, предъявленного к приемке в  эксплуатацию, с внесенными в  них изменениями и дополнениями (если они имелись в процессе  монтажа).

         Приведенный перечень технической  документации применительно к  каждому виду оборудования должен  уточняться техническими условиями  и технологическими инструкциями  заводов-изготовителей, монтажных  и проектных организаций и  соответствующими главами III части  СНиП на монтаж отдельных видов оборудования. 

    1.3 Инструменты  и приспособления для монтажных  работ 

         В процессе монтажных работ  на промыслах применяют различные  грузоподъемные приспособления  и механизмы, которые облегчают  и ускоряют работы. Механизация  грузоподъемных работ на рабочем  месте слесаря-сборщика или монтажника  осуществляется применением домкратов,  талей, тельферов, лебедок, разного  типа грузоподъемников и т.  д.

         Домкраты служат для подъема  груза на небольшую высоту. По  принципу действия они бывают  реечные, винтовые  и гидравлические. На рисунке 1.3 а изображен реечный домкрат. Он состоит из деревянного или металлического корпуса, внутри которого передвигается зубчатая рейка при помощи рукоятки, соединенной с ней шестерней. На валу домкрата имеется храповик, препятствующий самопроизвольному опусканию рейки под тяжестью груза. Верхняя часть рейки снабжена подъемной вращающейся головкой, а корпус домкрата башмаком. Реечные домкраты делают грузоподъемностью от 0,5 до 10 т высотой подъема груза до 400 мм.

         Винтовой домкрат (рисунок 1.3 б)  состоит из неподвижной гайки,  вделанной в металлический корпус  домкрата, и вращающегося в ней  винта, который имеет поступательное  движение. Вращают винт и поднимают  груз при помощи - трещотки.

         [pic]        а – реечный; б – винтовой; в – гидравлический.

         Рисунок 1.3 – Домкраты 

         Винтовые домкраты более грузоподъемные, чем реечные. Винтовой домкрат имеет самотормозящий винт, так что не требует специального тормоза. Винтовые домкраты бутылочного типа имени грузоподъемность от 1 до 20 т, высота подъема до 400 мм.

         Гидравлический домкрат (рисунок  1.3 в) приводится в действие  специальным насосом. Жидкость  от насоса подается под пистон  домкрата, благодаря чему происходит  подъем груза. Гидравлические  домкраты широко применяют при  работах, связанных с ликвидацией  аварий.

         Тали служат для вертикального  подъема груза. Тали шестеренчатые  (рисунок 1.4) представляют собой  подъемный механизм с шестеренной  передачей, снабженной тормозом, действующим автоматически под  давлением поднятого груза. Для  подъема груза тали подвешивают  на высоте за верхний крюк 1, а груз вешают на нижний  крюк 2. Подъем груза производится  вращением тягового колеса 5 при  помощи тяговой калиброванной  цепи 3. 

                       Рисунок 1.4 - Тали шестеренчатые 

         При наличии подвижного блока  6 и шестеренной   передачи усилием  одного рабочего посредством  грузовой калиброванной цепи 4 поднимается  груз до 5 т и выше. Обратное  плавное опускание груза осуществляется  только при вращении тягового  колеса в обратную сторону;  при исправном тормозе самопроизвольного  опускания груза не должно  происходить.

         Тали изготовляют грузоподъемностью  от 0,1 до Ют при наибольшем тяговом усилии на цепь соответственно от 12 до 70 кг. Скорость подъема груза колеблется от 3,15 до 0,13 м/мин при скорости движения тяговых цепей 30 м/мин. Высота подъема груза при нормальной длине рабочей цепи равна 3 м.

         Все тали испытывают на нагрузку, превышающую номинальную на 25%; тали  должны находиться непрерывно  под нагрузкой не менее 10 минут.  Тали, имеющие грузовую цепь, снабжаются  свидетельством об испытании  их на прочность разрушающей  и пробной нагрузками и техническим  паспортом.

         Лебедка ручная (рисунок 1.5) применяется  для горизонтального перемещения  груза и для подъема на значительную  высоту при помощи каната. Поэтому  при такелажных работах лебедка  имеет большое применение.

         Для предотвращения самопроизвольного  обратного вращения барабана  с грузом на оси устанавливается  храповик с собачкой. Монтажные  ручные лебедки изготовляются  грузоподъемностью от 0,25 до 10 т. 

         Рисунок 1.5 – Лебедка ручная 

         Электрическая лебедка служит  для тех же целей, что и  ручная; приводится в действие  электрическим двигателем. Электродвигатель  обычно агрегатно соединяется с осью барабана, а иногда при помощи цепной или ременной передачи. 

Рисунок 1.6 – Электрические  передвижные тали (тельфер)

         По грузоподъемности электрические  лебедки бывают от 0,25 до 15 т. Такого  рода лебедки с успехом применяются  при монтаже бурового оборудования  и строительно-монтажных работах  на нефтепромыслах.

         Электрические передвижные тали  или тельфер представляют собой  механизированный подъемный механизм. Предназначается он для вертикального  подъема и перемещения груза  по однорельсовому пути при  помощи электродвигателей, встроенных  в лебедочный механизм.

         Тельфер ТВ-2 грузоподъемностью 2 т имеет два электродвигателя: один для подъема груза, мощностью  2,7 кВт и второй для перемещения  вдоль кранбалки, мощностью 1,5 кВт. Управление электродвигателями производится с земли через кнопочные подвесные станции, связанные с контактной системой тельфера, состоящего из четырех магнитопускателей (или двух реверсивных пускателей).

         Из блочных обойм составляют  полиспасты кранов и других  механизмов; их применяют для  изменения направления тягового  каната (неподвижные обоймы) или  при подъеме и перемещении  грузов (подвижные обоймы).