Центробежные консольные насосы для нефти

Центробежные консольные насосы для нефти: конструкция, материалы, применение и выбор

Центробежные консольные насосы типа К (консольные) и их модификации являются основным типом динамических насосов для перекачки нефти и нефтепродуктов на технологических установках нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов, в системах топливораздачи, на нефтебазах и сливо-наливных эстакадах. Их принцип действия основан на преобразовании кинетической энергии, сообщаемой жидкости вращающимся рабочим колесом, в энергию давления. Отличительная конструктивная особенность — расположение рабочего колеса на консольном конце вала, что исключает контакт перекачиваемой среды с опорными подшипниками и уплотнением вала со стороны привода.

Конструктивные особенности и принцип действия

Конструкция консольного насоса для нефти принципиально отличается от насосов для воды наличием торцевого уплотнения двойного действия и применением специальных материалов. Основные узлы:

• Корпус (спиральный отвод): Обычно литой, из углеродистой или легированной стали, чугуна с антикоррозионным покрытием. Имеет патрубки входа (всасывания) и выхода (нагнетания). Для перекачки высоковязких нефтепродуктов часто оснащается паровым обогревом (рубашкой).
• Рабочее колесо: Закрытого или полуоткрытого типа. Ключевой элемент, создающий напор. Изготавливается из износостойких материалов (сталь 40Х13, с наплавкой, реже — из специальных сплавов).
• Вал: Изготовлен из углеродистой стали, в зоне контакта с уплотнением часто имеет наплавку или защитную гильзу из твердого сплава для повышения износостойкости.
• Торцевое уплотнение вала (сальниковое уплотнение): Наиболее критичный узел. Для нефти и легких нефтепродуктов (бензин, керосин) применяются исключительно торцевые (механические) уплотнения, часто двойные, с барьерной жидкостью (уплотнительной жидкостью) в межуплотнительной камере. Для тяжелых и вязких продуктов (мазут, гудрон) могут использоваться сальниковые уплотнения с мягкой набивкой и подводом уплотнительной жидкости.
• Опорная стойка (кронштейн): Соединяет корпус насоса с электродвигателем, содержит опорные подшипники вала (обычно роликовые и шариковые).
• Упругая муфта: Обеспечивает соединение вала насоса с валом электродвигателя, компенсирует несоосности.

Классификация и маркировка

Насосы консольные для нефтепродуктов классифицируются по нескольким признакам:

• По типу исполнения: К – консольный моноблочный (колесо на валу двигателя), КМ – консольный моноблочный, К – консольный на отдельной стойке (стандарт ГОСТ 22247-96).

По назначению и свойствам перекачиваемой среды:

• Для светлых нефтепродуктов (бензин, керосин, дизельное топливо, растворители) – с двойным торцевым уплотнением.
• Для темных нефтепродуктов (мазут, сырая нефть, гудрон, битум) – часто с сальниковым уплотнением и обогревом.
• Для химически активных нефтепродуктов – из специальных сталей (09Г2С, 12Х18Н10Т).

Пример маркировки: Насос К 100-65-250/4 УХЛ 2. К – консольный; 100 – диаметр входного патрубка, мм; 65 – диаметр выходного патрубка, мм; 250 – диаметр рабочего колеса, мм; 4 – частота вращения, деленная на 100 (4000 об/мин); УХЛ 2 – климатическое исполнение.

Требования к материалам проточной части

Выбор материалов определяется свойствами нефти: вязкостью, температурой, содержанием абразивных механических примесей, сероводорода, других коррозионно-активных компонентов.

Перекачиваемая среда	Типичная температура, °C	Рекомендуемые материалы проточной части (корпус/колесо/вал)	Тип уплотнения вала
Сырая нефть (обезвоженная, обессоленная)	+20 … +40	Сталь 25Л/Сталь 40Х13/Сталь 45	Двойное торцевое с барьерной жидкостью
Бензин, нафта, керосин	-40 … +50	Сталь 25Л/Сталь 40Х13/Сталь 45. Для низких температур – сталь 09Г2С.	Двойное торцевое, часто с системой контроля утечек
Мазут, тяжелое печное топливо	+80 … +120	Сталь 25Л/Сталь 40Х13/Сталь 45. Обогрев корпуса обязателен.	Сальниковое с мягкой набивкой и подводом затворной жидкости
Сжиженные углеводородные газы (пропан-бутан)	Ниже -45	Сталь 09Г2С или 12Х18Н10Т	Двойное газовое торцевое уплотнение специального исполнения
Нефть с высоким содержанием сероводорода и солей (коррозионная)	+40 … +80	Сталь 12Х18Н10Т (нержавеющая) / Сталь 20Х13 / Сталь 45 с покрытием	Двойное торцевое из коррозионно-стойких материалов

Ключевые технические характеристики и подбор насоса

Основными параметрами для выбора являются:

• Подача (Q): Объем жидкости, перекачиваемой в единицу времени (м³/ч, м³/с).
• Напор (H): Удельная энергия, сообщаемая насосом жидкости, выраженная в метрах столба перекачиваемой жидкости (м). Определяет способность поднять жидкость на высоту и преодолеть гидравлическое сопротивление системы.
• Допустимый кавитационный запас (NPSH): Критически важный параметр для легких нефтепродуктов. Определяет требуемое давление на входе в насос для предотвращения кавитации – разрушительного явления, связанного с вскипанием жидкости на лопатках колеса.
• Мощность (N): Потребляемая мощность на валу насоса (кВт).
• Частота вращения (n): Как правило, 1500 или 3000 об/мин.

Подбор осуществляется по сводным графическим характеристикам (рабочим полям) насосов, построенным в координатах Q-H. Рабочая точка (пересечение характеристики трубопровода и характеристики насоса) должна находиться в зоне максимального КПД агрегата.

Особенности монтажа и эксплуатации

Правильный монтаж и эксплуатация определяют ресурс насоса.

• Монтаж: Фундамент должен обеспечивать жесткость и отсутствие вибраций. Обязательна центровка валов насоса и двигателя с использованием специальных приборов (лазерный центровщик). Неправильная центровка – основная причина вибрации и выхода из строя подшипников и уплотнений.
• Пуск и эксплуатация: Перед пуском насос должен быть заполнен перекачиваемой средой. Запрещен пуск и работа при закрытой задвижке на нагнетании более 2-3 минут (привод перегреется). Для насосов с двойным торцевым уплотнением обязательна проверка наличия и давления барьерной жидкости в системе уплотнения.
• Обслуживание: Регулярный контроль вибрации, температуры подшипников, состояния уплотнения (внешние течи). Периодическая замена масла в подшипниковых узлах согласно регламенту.

Преимущества и недостатки консольных насосов для нефти

Преимущества:

• Относительная простота конструкции и, как следствие, надежность и ремонтопригодность.
• Широкий диапазон подач и напоров.
• Плавная регулировка параметров дросселированием.
• Возможность перекачки жидкостей с различной вязкостью (с поправкой на характеристики).
• Универсальность и отработанность конструкции.

Недостатки:

• Чувствительность к кавитации, особенно при работе на легких фракциях.
• Необходимость заливки перед пуском (не являются самовсасывающими).
• Снижение КПД при перекачке высоковязких сред.
• Ограниченная стойкость к абразивному износу по сравнению со специальными насосами.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем принципиально отличается насос для бензина от насоса для мазута?

Насос для бензина оснащается двойным торцевым уплотнением для исключения утечек легковоспламеняющейся жидкости и паров, часто имеет исполнение для низких температур. Насос для мазута обязательно имеет паровую или электрическую рубашку обогрева для снижения вязкости, а также, как правило, более простое и ремонтопригодное сальниковое уплотнение, так как утечка мазута менее опасна и его вязкость затрудняет протечку.

Почему для перекачки сжиженных углеводородных газов (СУГ) требуются специальные насосы?

СУГ перекачиваются при температурах значительно ниже нуля, что требует применения хладостойких сталей. Главная особенность — их склонность к испарению. Насос должен иметь очень низкий требуемый кавитационный запас (NPSH) и специальные газовые торцевые уплотнения, рассчитанные на работу с жидкостью, которая может частично фазоизменяться.

Как правильно выбрать тип уплотнения вала?

Выбор определяется безопасностью, свойствами среды и экономикой. Торцевые уплотнения: герметичны (утечки ~ 0), требуют системы барьерной жидкости, дороги в ремонте. Сальниковые уплотнения: допускают регулируемую минимальную утечку для смазки и охлаждения (каплепадение), дешевы, ремонтопригодны, но требуют постоянного наблюдения и поджатия. Для токсичных, легковоспламеняющихся сред — только торцевые. Для горячих, вязких, абразивных сред часто предпочтительнее сальники.

Что делать, если насос, перекачивающий вязкую нефть, не развивает нужный напор?

Вероятные причины: 1) Недостаточный подогрев, ведущий к высокой вязкости и большим потерям в трубопроводе. 2) Износ рабочего колеса и уплотнительных колец. 3) Забитый фильтр на всасе. 4) Попадание воздуха на всасывание. Необходимо проверить температуру, давление на входе, состояние фильтров-грязевиков и при необходимости остановить насос для ревизии проточной части.

Как часто нужно проводить центровку насосного агрегата?

Первая контрольная центровка обязательна через 24-48 часов работы после монтажа (после «усадки» фундамента и посадки деталей). Далее центровку следует проверять при каждом плановом ремонте, после любых работ, связанных с разъединением муфты или вскрытием подшипниковых узлов, а также при появлении повышенной вибрации. Рекомендуемый периодический контроль — не реже 1 раза в 6-12 месяцев.

Каков типичный ресурс механического торцевого уплотнения в насосе для сырой нефти?

Ресурс сильно зависит от условий: чистоты нефти (наличие абразива), стабильности работы (частоты пусков/остановок), правильности работы системы барьерной жидкости. В среднем, при перекачке обессоленной и обезвоженной нефти без механических примесей ресурс может составлять от 12 000 до 25 000 часов непрерывной работы. При наличии песка и воды ресурс может сократиться в несколько раз.