Разработка мобильной установки для очистки внутренних полостей насосов и оборудования от остатков нефти

1. Введение и существующая проблематика

Специфика работы насосной перекачивающей станции ПНУ-2 в нашем управлении предполагает работу как с нефтью, так и с нефтепродуктами. Эта деятельность неизбежно приводит к серьезной проблеме – необходимости эффективной очистки насосного оборудования и трубопроводной обвязки от нефтяных остатков. Загрязнение внутренних полостей насосов и сопутствующего оборудования негативно сказывается на их производительности, увеличивает износ деталей, повышает риск аварийных ситуаций и ведет к значительным экономическим потерям.

На данный момент единственным широко используемым решением является пропарка оборудования с применением передвижной пароочистительной установки ППУА-1600/100. Однако данная технология имеет существенные недостатки. Прежде всего, установка ППУА-1600/100 не всегда доступна для нашего участка из-за высокой загруженности, что приводит к простоям и срывам графика работ. Кроме того, существует техническое несоответствие: установка работает в двух температурных режимах – 160°C и 230°C, в то время как максимальная рабочая температура торцевых уплотнений насосов (например, ТПУ70 – 80°C; ТПУ80 – 110°C) значительно ниже. Это создает риск повреждения критически важных компонентов оборудования при очистке, что ведет к удорожанию эксплуатации и потенциальным аварийным ситуациям.

Помимо этого, процесс пропарки требует значительных энергетических затрат, а также создания специальных условий для безопасной эксплуатации. Высокая температура пара может привести к деформации отдельных узлов оборудования, особенно если они изготовлены из материалов, чувствительных к термическим нагрузкам. Также существует проблема утилизации конденсата, содержащего остатки нефтепродуктов, что требует дополнительных мер по экологической безопасности.

Таким образом, назрела острая необходимость в поиске более доступного, безопасного и технологически совместимого метода очистки. Целью данной работы является разработка и обоснование эффективности мобильной установки для очистки внутренних полостей насосов и оборудования от остатков нефти на основе использования подогретой водно-химической смеси.

2. Обзор существующих методов очистки

Существующие методы очистки оборудования от нефтяных загрязнений можно разделить на несколько групп: механические, термические, химические и комбинированные.

Механические методы включают в себя использование скребков, щеток, гидродинамической промывки под высоким давлением. Эти методы эффективны для удаления твердых отложений, но менее пригодны для вязких нефтяных остатков, особенно в труднодоступных полостях. Кроме того, они могут привести к механическому повреждению поверхностей.

Термические методы, к которым относится пропарка, основаны на использовании высокой температуры для размягчения и удаления загрязнений. Несмотря на эффективность, эти методы имеют ряд ограничений: высокие энергозатраты, риск термического повреждения оборудования, необходимость в специальном оборудовании и повышенные требования к безопасности.

Химические методы предполагают использование специальных моющих средств, способных растворять или эмульгировать нефтяные загрязнения. Эти методы являются более щадящими по отношению к оборудованию, но требуют правильного подбора реагентов, обеспечения необходимой температуры и времени воздействия, а также последующей утилизации отработанных растворов.

Комбинированные методы сочетают в себе преимущества нескольких подходов. Например, химическая промывка с подогревом раствора позволяет повысить эффективность очистки при снижении негативного воздействия на оборудование.

Анализ литературы и практического опыта показывает, что наиболее перспективным направлением является разработка мобильных установок, сочетающих химический и термический методы, что позволяет проводить очистку непосредственно на месте эксплуатации оборудования без необходимости его демонтажа и транспортировки.

3. Предлагаемое решение и его компоненты

В качестве решения проблемы была предложена и разработана новая система очистки, основанная на перекачке подогретой водно-химической смеси. Данный метод является не только более щадящим по отношению к оборудованию, но и может быть реализован с помощью мобильной установки, что обеспечивает ее постоянную доступность на участке.

3.1. Конструкция мобильной установки

Система промывки полости насоса включает в себя несколько ключевых компонентов:

1. Кубовая емкость с подогревом (например, еврокуб объемом 1000 литров), которая служит для приготовления и нагрева моющего раствора. Емкость оборудована электрическим нагревательным элементом с терморегулятором, позволяющим поддерживать температуру раствора в диапазоне от 60 до 90°C, что является оптимальным для эффективного действия моющего средства и безопасно для оборудования.
2. Насос ПН-65, предназначенный для перекачки жидкости. Важным преимуществом насоса ПН-65 является его адаптивность: он способен перекачивать жидкости с вязкостью от 10 до 10000 сСт и, что критически важно, в высокотемпературном исполнении работать с температурами до 170°C, что полностью покрывает технологические потребности без риска для уплотнений.
3. Четыре металлорукава МРВД Ду100 для подачи раствора к очищаемому оборудованию. Рукава выбраны из-за их гибкости, устойчивости к высоким температурам и агрессивным средам, а также возможности быстрого подключения и отсоединения.
4. Система фильтрации для очистки отработанного раствора от крупных механических примесей, что позволяет продлить срок службы насоса и повторно использовать часть раствора.
5. Блок управления, включающий в себя контроллер температуры, датчики давления и расхода, а также систему аварийного отключения для обеспечения безопасной эксплуатации.

3.2. Выбор моющего средства

Для обеспечения высокой эффективности очистки был проведен выбор моющего средства. В ходе испытаний рассматривались три варианта: SapH-CR, Plex Big Star и SynClean HD. После анализа их характеристик, включая способность удалять нефтяные загрязнения, безопасность для резиновых изделий, антикоррозионные свойства и экономическую целесообразность, для дальнейшей работы было выбрано концентрированное средство Plex Big Star.

Это средство на водной основе эффективно удаляет масложировые и битумные загрязнения, не оказывает разрушающего действия на лакокрасочные покрытия, пластик и резину, а также содержит ингибиторы коррозии. Расчеты показали, что для проведения одной промывки требуется раствор в пропорции 1:20 (химия к воде). Таким образом, для получения 800 литров раствора необходимо 40 литров концентрата Plex Big Star. При ориентировочной стоимости 500 рублей за литр, разовые затраты на моющее средство составляют 20 000 рублей.

3.3. Технологический процесс очистки

Технологический процесс очистки включает следующие этапы:

1. Подготовка оборудования: отключение насоса от системы, установка заглушек, подключение промывочных рукавов.
2. Приготовление моющего раствора: заливка воды в емкость, добавление концентрата Plex Big Star в пропорции 1:20, нагрев раствора до температуры 70–80°C.
3. Промывка: включение насоса ПН-65 и подача раствора под давлением 0,3–0,5 МПа в полости оборудования. Время промывки составляет 30–60 минут в зависимости от степени загрязнения.
4. Ополаскивание: подача чистой воды для удаления остатков моющего раствора и загрязнений.
5. Сушка: продувка полостей сжатым воздухом для удаления остатков влаги.
6. Утилизация отработанного раствора: сбор и передача на специализированную обработку.

4. Экономическая эффективность и результаты испытаний

4.1. Экономический расчет

Экономический расчет демонстрирует высокую эффективность предлагаемого решения. Единовременные капитальные вложения в создание мобильной установки (кубовая емкость с подогревом, насос, металлорукава, система фильтрации, блок управления) составляют примерно 34 750 рублей. При добавлении к этому разовых затрат на химические реагенты в размере 20 000 рублей, общая стоимость внедрения проекта оказывается относительно невысокой.

Важнейшим выводом является то, что установка выходит на самоокупаемость практически сразу после первого применения, поскольку позволяет избежать простоев в ожидании пропарки, предотвращает возможные повреждения дорогостоящих уплотнений и значительно ускоряет процесс подготовки оборудования к ремонту или дальнейшей эксплуатации.

Дополнительная экономия достигается за счет сокращения затрат на электроэнергию (по сравнению с пропаркой), уменьшения расходов на ремонт и замену поврежденных узлов, а также повышения общей производительности работы участка.

4.2. Результаты испытаний

Практические испытания установки были проведены в два этапа. На первом этапе были искусственно созданы условия максимального загрязнения полостей насоса. На втором этапе была осуществлена обвязка линии и проведена промывка с использованием раствора средства Plex Big Star. Для промывки использовалось 400 литров воды и 7 литров химии (пропорция примерно 1:57), что меньше рекомендуемой пропорции 1:20. Несмотря на это, был достигнут отличный визуальный результат.

Лабораторный анализ промытых полостей показал, что содержание серы все же немного превышает максимально допустимое значение. Это указывает на то, что для достижения идеальных показателей необходимо строго придерживаться рекомендованной пропорции 1:20 и использовать больший объем жидкости для обеспечения более интенсивной промывки. Тем не менее, даже при неоптимальных условиях испытаний было доказано, что принцип работы установки является работоспособным и эффективным.

Модернизация позволяет добиться высокой степени очистки, является экономически выгодной и безопасной для оборудования, что открывает возможности для ее широкого внедрения не только для очистки насосов, но и для промывки других емкостей, таких как АКН-10.

5. Перспективы развития и внедрения

Предлагаемая мобильная установка для очистки внутренних полостей насосов и оборудования от остатков нефти имеет значительный потенциал для внедрения на других объектах нефтегазовой отрасли. Ее преимущества – мобильность, безопасность, экономическая эффективность и универсальность – делают ее привлекательной для использования в условиях ограниченных ресурсов и жестких графиков работ.

В дальнейшем планируется провести дополнительные испытания с различными типами загрязнений и оборудования, а также оптимизировать параметры промывки (температура, давление, время) для достижения максимальной эффективности. Также рассматривается возможность интеграции установки в систему автоматизированного управления технологическими процессами.

6. Заключение

В результате проведенной работы была разработана мобильная установка для очистки внутренних полостей насосов и оборудования от остатков нефти, основанная на использовании подогретой водно-химической смеси. Установка показала высокую эффективность, безопасность для оборудования и экономическую выгодность по сравнению с существующим методом пропарки.

Проведенные испытания подтвердили работоспособность установки и необходимость соблюдения рекомендованных параметров промывки для достижения оптимальных результатов. Внедрение данной разработки позволит сократить простои оборудования, снизить затраты на ремонт и повысить общую эффективность работы насосных станций.