Автор: А.К. Кулдышев (НПЦ «АНОД»).
Опубликовано в журнале Химическая техника №2/2015
Научно-производственный центр «АНОД» более 20 лет успешно занимается проектированием и изготовлением уплотнений валов, подшипниковых узлов центробежных машин. За эти годы создана школа проектирования, налажено изготовление серийных и единичных уплотнений и систем различной сложности. Выбраны надежные поставщики комплектующих изделий, отлажены механизмы взаимодействия с ними. Создана и функционирует система качества на предприятии, система контроля и испытаний создаваемых нами изделий. Налажена система сервисного обслуживания продукции.
За прошедшие годы выпущено около 1 500 проектов уплотнений и уплотнительных систем. Накоплен богатый опыт работы с различными уплотнениями и уплотнительными системами при разных рабочих условиях, с разными производителями и потребителями насосного оборудования.
Все эти годы нам пришлось работать в условиях конкурентной борьбы не только с отечественными, но и с ведущими мировыми производителями (Eagle Burgmann, Jone Crane, Flowserve, Aesseal и др.).
В первые годы работы НПЦ «АНОД» основное внимание уделялось проектированию уплотнений для отечественных насосов взамен морально устаревших, неэффективных и не удовлетворяющих правилам безопасной эксплуатации оборудования. В последние годы по мере того, как большинство предприятий нефтепереработки и нефтехимии были в основном оснащены уплотнительными системами, отвечающими современным требованиям безопасной эксплуатации, НПЦ «АНОД» все больше и больше проектирует и производит уплотнения для замены импортных уплотнений в работающих и вновь поступающих насосах зарубежных производителей, таких как Sulzer, KSB, ClydeUnion и др. (рис. 1).
Проанализировав проделанную за эти годы работу, мы пришли к следующим выводам:
- уплотнения зарубежных компаний зачастую имеют неоптимальную конструкцию (сложные, подчас неоправданные формы керамических или графитовых пар трения; большой набор мелких деталей; очень малые сечения резиновых прокладок; сложные, трудно изготавливаемые металлические детали), в результате чего ремонтный персонал предпочитает в случае выхода уплотнений из строя заменять их новыми, нежели ремонтировать. Восстановление зарубежных уплотнений требует больших материальных затрат;
- несмотря на имеющиеся стандарты API 610 и API 682, которые упорядочивают подходы к проектированию уплотнительных систем и присоединительных размеров насосов для установки уплотнений, имеющиеся на рынке насосы чрезвычайно разнообразны по присоединительным размерам и, как следствие, используют огромную номенклатуру уплотнений;
- применение уплотнений разных фирм-производителей неоправданно, так как разнообразие конструкций с различными вариантами решения однотипной задачи приводит к огромной номенклатуре запасных частей и быстроизнашиваемых деталей, что требует больших материальных затрат;
- не всегда оправдано применение громоздких уплотнительных систем с запредельной стоимостью.
Примеры: применение 25-литровых сосудов с барьерной жидкостью для уплотнения вала диаметром более 60 мм по стандарту API682 не оправдано в случаях, когда с задачей отлично справляется сосуд вместимостью10…12 литров; применение схемы обвязки по плану 53С стандарта API682 в тех случаях, когда с задачей легко справляется обвязка по плану 52 стандарта API682, не оправдывает затраты;
- уплотнительные системы производства НПЦ «АНОД» ни в чем не уступают импортным аналогам, во многих случаях превосходя их как по техническим параметрам (межремонтный пробег, утечки), так и по затратам на жизненный цикл. Пример: работа уплотнений марки УТТХ, УТДХ, подшипниково-уплотнительных блоков БПУ для горячих сред с температурой 360…380°С требует меньших затрат на жизненный цикл, чем сильфонные уплотнения;
- уплотнения НПЦ «АНОД» имеют большие возможности в отношении взаимозаменяемости, их применение потребует минимальных затрат на поддержание работоспособности в течение жизненного цикла;
- конструкции уплотнений НПЦ «АНОД» отличает простота, абсолютная ремонтопригодность, возможность восстановления в кратчайшие сроки с минимумом затрат при использовании минимального числа запасных частей;
- в НПЦ «АНОД» разработана и изготавливается линейка торцовых уплотнений, соответствующих камерам насосов по стандарту API610 и требованиями API 682;
- для обеспечения эксплуатации и уровня квалификации ремонтного персонала на крупных объектах налажена консультативная и сервисная поддержка близко расположенными сервисными центрами.
Еще одна тема привлекает внимание специалистов – это применение подшипниково-уплотнительных блоков (БПУ) при модернизации насосов импортного производства.
Подшипниково-уплотнительные блоки были разработаны с целью повышения межремонтного пробега подшипниковых и уплотнительных узлов.
Ставилась задача уравнять межремонтный пробег подшипников и уплотнений и довести его до 30… 40 тыс. ч. С этой задачей НПЦ «АНОД» успешно справился. В настоящее время изготовлено и успешно эксплуатируется в различных эксплуатационных условиях более 300 БПУ на 25 предприятиях нефтепереработки и нефтехимии. Общая наработка составляет более 8 млн. ч.
БПУ представляет собой цилиндрический корпус, по концам которого установлены одинарные уплотнения, выполняющие функции контурной и атмосферной ступеней уплотнения типа «тандем» или двойного в зависимости от решаемых задач. Между уплотнениями располагаются опорные и упорные подшипники скольжения, охлаждаемые и смазываемые затворной жидкостью. Материалы подшипников скольжения и пар трения уплотнений (карбид кремния, силицированный графит) обеспечивают надежную работу трущихся пар, в том числе и на загрязненных средах. Насосные агрегаты с блоками БПУ серии 5-АНГК могут обеспечить работу в широком диапазоне рабочих характеристик (расход – до 1 200 м3/ч; напор – до 350 м.).
БПУ решает проблему нефтяных консольных и двухопорных насосов, работающих в особо тяжелых условиях эксплуатации (вязкие нефтепродукты, высокие температуры, нестабильные условия работы, химически активные продукты, невозможность изменения условий смазки и охлаждения). Наработка на отказ составляет не менее 30 000 ч.
На рис. 2 представлены подшипниковые узлы насоса НК560/300 после 6 лет эксплуатации в среде отбензиненной нефти температурой 360°С.
Нередко возникает проблема ремонта насоса с магнитной муфтой, вышедшего из строя из-за повреждения муфты вследствие попадания механических частиц. Стоимость новой магнитной муфты – это половина стоимости нового насоса при отсутствии гарантии, что отремонтированный насос снова не выйдет из строя по той же причине. Замена приводной части насоса блоком БПУ гарантирует чистоту жидкости в подшипниковом узле, так как контурное уплотнение защищает подшипниковую полость от попадания механических частиц из проточной части (рис. 3). Повышается КПД насосного агрегата, так как в магнитной муфте теряется большая мощность. Ремонт вышедшего из строя контурного или атмосферного торцового уплотнения в подавляющем большинстве случаев заключается в замене пары трения и резиновых прокладок, что составляет очень малый процент стоимости насоса.
На Сосногорском ГПЗ произведена модернизация насосного агрегата с магнитной муфтой фирмыHMD. Данный агрегат перекачивает смесь бензина с толуолом при температуре 180…260°С. В качестве опор вала ротора использовались подшипники скольжения со смазкой перекачиваемой средой, отбираемой из напорного патрубка насоса.
Без изменения габаритных размеров насоса произведена замена магнитного привода подшипниково-уплотнительным блоком 90БПУ2.
В результате существенно улучшились условия работы подшипников за счет использования автономного контура смазки и охлаждения. Исключение потерь, связанных с использованием магнитной муфты и рециркуляцией части перекачиваемой среды для смазки подшипников, позволили снизить потребляемую мощность со 120 до 97 кВт, а предприятию сэкономить сотни тыс. руб в год только на электроэнергии.
Это не первая модернизация насосов с магнитной муфтой, проводимая ООО НПЦ «АНОД». На «Краснодарском НПЗ» в 2010 г. модернизирован насос с магнитной муфтой фирмы HMD для перекачивания мазута температурой 320°С. В 2009 г. в ОАО «Саянскхимпласт» модернизирован насос с магнитной муфтой фирмы Klaus Union для перекачивания винилхлорида.
Многие предприятия используют герметичные насосы для перекачивания токсичных, взрывопожароопасных жидкостей. ГОСТ Р 52743– 2007 обязывает применять герметичные насосы при перекачивании жидкостей категории IIС во взрывоопасных и пожароопасных зонах, в остальных случаях возможно применение насосов с двойными торцовыми уплотнениями или уплотнениями типа «тандем».
При этом у герметичных насосов есть очевидные недостатки. Перекачиваемая среда не должна содержать твердых и волокнистых частиц, которые разрушают подшипники скольжения и защитные рубашки, забивают каналы охлаждения и изменяют баланс осевых сил, действующих на ротор. Герметичные насосы не допускают безаварийного прохождения режима с «прохватами», при сухом пуске и отсутствии жидкости в полости насоса, требуя при этом развитой системы автоматического контроля и управления.
Ремонт герметичных насосов в условиях эксплуатации практически невозможен из-за его сложности и специфичности. КПД герметичных насосов меньше, чем у обычных.
На практике герметичные насосы часто применяют необоснованно, не просчитывая риски применения в конкретных производственных условиях, не учитывая экономической целесообразности использования для конкретных сред. В результате насосы быстро выходят из строя, не отработав даже и четверти паспортного ресурса, а зачастую и считанных часов, и насос снимают с эксплуатации. Ремонт трудоемок и дорог либо невозможен, и большое число не отработавших ресурс насосов хранится на ремонтных базах.
Специалисты ООО НПЦ «АНОД» разработали варианты модернизации тех герметичных насосов, которые неоправданно применены на предприятиях нефтепереработки и нефтехимии. Конструктивно модернизированный насос представляет гидравлическую часть имеющегося герметичного насоса с пристыкованным к ней БПУ, стойку с оборудованием системы обеспечения работоспособности блока и электропривод, собранные на единой раме. С помощью системы обеспечения и контроля ведется мониторинг работы подшипниковых узлов, что позволяет предупредить их поломку. Контроль герметичности контура затворной жидкости исключает утечки перекачиваемой среды в атмосферу.
Наконец, самый главный вывод: сегодня НПЦ «АНОД» готов обеспечить предприятия нефтепереработки и нефтехимии современными уплотнительными системами, удовлетворяющими самые высокие требования в соответствии с мировыми стандартами, и производить эффективное импортозамещение сложного насосного оборудования зарубежного производства насосным оборудованием отечественного производства с применением передовых технологий.
