Рис. 2. Торцовое уплотнение HP для тяжелых условий эксплуатации

Авторы: С.В. Березин, Р. Кампаниелло (Компания Fluiten Italia S.p.A.).

Опубликовано в журнале Химическая техника №4/2018

Компания Fluiten Italy S.p.A. – один из ведущих производителей инновационной уплотнительной техники для насосно-компрессорного оборудования – с 1962 г. специализируется на разработке и производстве высокотехнологичных торцовых уплотнений для тяжелых условий эксплуатации. В линейку продукции входят следующие виды уплотнительной техники:

  • торцовые уплотнения для насосов (включая уплотнения по стандарту API 682 4 ред.);
  • уплотнения мешалок и реакторов;
  • устройства и систем для различных схем обвязки торцовых уплотнений;
  • масляные уплотнения центробежных компрессоров и турбин.

Компания Fluiten Italy S.p.A.Благодаря наличию высокопрофессиональных сотрудников с большим опытом работы компания Fluiten стремится создать максимально комфортные условия работы для своих заказчиков.

Fluiten активно работает с ведущими проектными компаниями и производителями насосного оборудования, что позволяет ей предлагать комплексные решения для заказчиков.

Машины и оборудование, используемые на предприятиях нефтегазового сектора, должны быть способны выдерживать экстремальные условия эксплуатации. Технологии эксплуатации месторождения постоянно развиваются и предъявляют не только повышенные требования к безопасности и надежности оборудования, но и ставят задачу минимизации эксплуатационных расходов.

Производители торцовых уплотнений должны постоянно модернизировать свою продукцию с целью удовлетворения все более жестких требований отрасли. Следует отметить, что при тяжелых условиях эксплуатации торцовое уплотнение потенциально является одним из самых слабых компонентов системы. Сбои в работе оборудования могут быть катастрофическими и привести к травмам персонала, повреждению оборудования, а также дорогостоящему простою.

В качестве примера успешной разработки и поставки современных торцовых уплотнений приведем проект, реализованный компанией Fluiten для мультифазных насосов, применяемых на многих предприятиях нефтегазового сектора.

Проектные данные

Перекачиваемая среда Многофазная

смесь

(вода, нефть,

газ, песок) 

Давление процесса, МПа 3…9
Давление барьерной жидкости, МПа 11…12
Частота вращения вала насоса, м/с 20
Температура окружающего воздуха, °C 55
Инжиниринговая компания/  Конечный пользователь Bonatti S.p.A.

C целью оптимизации процесса увеличения нефтедобычи сепарацию скважинных продуктов (нефти, газа, песка и воды) не следует производить непосредственно на каждой скважине. Инжиниринговая компания разработала технологию перекачивания мультифазной жидкости, позволяющую исключить традиционный набор оборудования сепарации, установленного непосредственно у скважины, и обеспечить надежное перекачивание мультифазной смеси по трубопроводу на комплексные установки подготовки нефти и газа. Мультифазная технология также была внедрена с целью увеличения и восстановления удаленных и истощенных скважин.

Мультифазные насосные станции, установленные на месторождениях, работают в очень изменчивых и нестабильных условиях эксплуатации, характеризующихся широким диапазоном подач, давлений и температур, поэтому особенно важным является обеспечение безопасности. Торцовые уплотнения для таких насосов должны обеспечивать надежную и безопасную работу на всех режимах и минимизировать время простоя. Это позволит эксплуатирующей компании осуществить более длительные рабочие циклы и увеличить добычу нефти и газа.

Рис. 1. Распределение давления на вращающемся кольце пары трения из карбида кремния
Рис. 1. Распределение давления на вращающемся кольце пары трения из карбида кремния

Надежность торцового уплотнения непосредственно связана с пленкой жидкости между кольцами пары трения. Наличие данной пленки зависит от различных факторов, в частности, при высоких давлениях системы – от формы колец пары трения (как подвижного, так и неподвижного). Устойчивость жидкостной пленки также связана с отсутствием деформации колец. Высокие значения давления перекачиваемой жидкости и давления в системе барьерной жидкости, а также их резкие изменения и колебания, могут привести к деформации колец пары трения и потере плоскостности их соприкасающихся поверхностей. Следовательно, вследствие изменения гидравлических нагрузок на кольца пары трения возможно образование увеличенной утечки, а также механические повреждения из-за перегрева колец пар трения.

Баланс гидравлических сил рассчитывается через отношение площади, на которые действует давление жидкости, прижимая одно кольцо пары трения к другому, к поверхности трения между кольцами.

Перекачивание многофазной среды заставляет производителя найти ответы на следующие вопросы:

Как может быть гарантировано условие плоскостности при давлении процесса более 10 МПа?

Как обеспечить гарантированное присутствие жидкостной пленки, в том числе в режиме пуска насоса, при котором крутящий момент может привысить рабочее значение в 4 раза?Рис. 2. Торцовое уплотнение HP для тяжелых условий эксплуатации

Компания Fluiten, более полувека работающая в нефтегазовом секторе, разработала решение для тяжелых условий эксплуатации на базе требований компании Bonatti и собственного опыта изготовления и поставки торцовых уплотнений для различных применений в нефтедобыче. В разработанных инженерами компании Fluiten высокопрочных кольцах пары трения специальной конструкции нагрузка равномерно распределяется по сечению колец (рис. 1). Этого удалось достичь применением запатентованной компанией Fluiten инновационной системы для привода подвижного кольца и исключения вращения неподвижного кольца вследствие вязкого трения даже в случае выбега вала и повышенных вибраций. Для гарантированного обеспечения жидкостной пленки между кольцами пары трения в самых сложных режимах работы компания Fluiten создала кольца пары трения со специальными гидродинамическими канавками, через которые барьерная жидкость подается в область между кольцами. Компания Fluiten предварительно произвела динамические тесты данной технологии, включая самые высоконагруженные режимы работы, характеризующиеся высокими значениями давления и частоты вращений вала.

Торцовое уплотнение для тяжелых условий эксплуатации модели HP (рис. 2) доступно в одинарном исполнении – HPKS, двойном – HPKTD и исполнении «лицом к лицу» – HPKF. Данный тип торцовых уплотнений успешно зарекомендовал себя в насосах ведущих производителей мультифазного оборудования.