Нефтегазовое технологическое оборудование. Справочник ремонтника


Б. С. Жирнов, Р. А. Махмутов, Д. О. Ефимович












НЕФТЕГАЗОВОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

СПРАВОЧНИК РЕМОНТНИКА

















Москва Вологда
« Инфра-Инженерия» 2021

УДК 622-1/-9
ББК 33.1
      Ж73



Рецензент:
кандидат технических наук, доцент кафедры оборудования предприятий нефтехимии и нефтепереработки
филиала ФГБОУ ВО УГНТУ в г. Салавате Р. Г. Хасанов








   Жирнов, Б. С.
Ж73       Нефтегазовое технологическое оборудование. Справочник ремонт    ника / Б. С. Жирнов, Р. А. Махмутов, Д. О. Ефимович. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. - 356 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-0641-3


      Рассмотрено основное технологическое оборудование, используемое в нефтяной и газовой промышленности: работающее под избыточным давлением, насосно-компрессорное и запорно-регулирующее. Даны характеристики контрольно-измерительных приборов, используемых в нефте- и газодобыче. Освещены вопросы ремонта и монтажа оборудования.
      Для инженерно-технических работников нефтегазовой отрасли. Может быть полезно студентам, аспирантам и преподавателям нефтегазовых вузов и факультетов.

                                                            УДК 622-1/-9
                                                            ББК 33.1











ISBN 978-5-9729-0641-3

    © Жирнов Б. С., Махмутов Р. А., Ефимович Д. О., 2021
    © Издательство «Инфра-Инженерия», 2021
                           © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021

        СОДЕРЖАНИЕ


Глава 1. Трубопроводная арматура...............................5
  1.1. Назначение, устройство, классификация...................5
  1.2. Запорная арматура......................................21
   1.2.1. Задвижки............................................22
   1.2.2 Краны................................................32
   1.2.3. Запорные клапаны....................................41
   1.2.4. Дисковые затворы....................................49
  1.3. Регулирующая арматура..................................52
   1.3.1. Регулирующие клапаны................................52
   1.3.2. Другие разновидности регулирующей арматуры..........57
  1.4. Предохранительная арматура.............................59
   1.4.1. Предохранительные клапаны...........................60
   1.4.2. Импульсно-предохранительные устройства..............67
  1.5. Эксплуатация трубопроводной и технологической арматуры.70

Глава 2. Контрольно-измерительные приборы (КИП)...............72
  2.1. Классификация измерений................................72
  2.2. Средства измерений.....................................73
  2.3. Приборы для измерения давления.........................78
   2.3.1. Манометры...........................................80
   2.3.2. Вакуумметры.........................................86
  2.4. Приборы для измерения температуры......................86
   2.4.1. Термометры расширения...............................86
   2.4.2. Термометры и термоэлектрические пирометры...........88
   2.4.3. Термометры сопротивления............................89
  2.5. Измерение расхода жидкости и газа......................89
  2.6. Измерение уровня и применяемые для этого приборы.......95

Глава 3. Насосное оборудование................................98
  3.1. Принцип действия и классификация насосов...............99
  3.2. Динамические насосы...................................101

   3.2.1. Детали и обвязка центробежных насосов.............106
   3.2.2. Эксплуатация центробежных насосов.................119
   3.2.3. Регулирование центробежных насосов................123
  3.3. Объемные насосы......................................125
   3.3.1. Детали поршневых насосов..........................129
   3.3.2. Арматура поршневых насосов........................135
   3.3.3. Эксплуатация поршневых насосов....................136
  3.4. Специальные насосы...................................138

Глава 4. Газопромысловое оборудование.......................142
  4.1. Оборудование для тепловых процессов..................142
  4.2. Оборудование для массообменных процессов.............175
  4.3. Оборудование для разделения неоднородных систем......221
  4.4. Технологические трубопроводы.........................241

Глава 5. Ремонт и монтаж оборудования.......................250
  5.1. Подготовка оборудования к ремонту....................250
  5.2. Возможные дефекты колонных аппаратов.................256
  5.3. Ремонт емкостной аппаратуры..........................261
  5.4. Возможные дефекты и ремонт теплообменников...........264
  5.5. Возможные дефекты и ремонт АВО.......................271
  5.6. Ремонт насосно-компрессорного оборудования...........274
   5.6.1. Ремонт центробежных насосов.......................274
   5.6.2. Ремонт поршневых насосов..........................300
  5.7. Ремонт мягких сальниковых уплотнений.................305
  5.8. Ремонт торцовых уплотнений...........................313
  5.9. Балансировка деталей.................................317
  5.10. Возможные дефекты и ремонт неподвижных соединений...318
   5.10.1. Затяжка резьбовых соединений.....................322
  5.11. Ремонт трубопроводов................................329
  5.12. Ремонт запорно-регулирующей арматуры................337
Литература..................................................350

                ГЛАВА 1


                ТРУБОПРОВОДНАЯ АРМАТУРА





        1.1. НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО, КЛАССИФИКАЦИЯ

     Промышленная трубопроводная арматура - устройство, устанавливаемое на трубопроводах, агрегатах, сосудах и предназначенное для управления (отключения, регулирования, сброса, распределения, смешивания, фазорас-пределения) потоками рабочих сред (газообразной, жидкой, газожидкостной, порошкообразной, суспензии и иных агрегатных состояний) путем изменения площади проходного сечения.
     Трубопроводная арматура характеризуется двумя главными параметрами:
     • условным проходом (номинальным размером);
     • условным (номинальным) давлением.
     Под условным проходом (номинальным размером) DN или Ду понимают параметр, применяемый для трубопроводных систем в качестве характеристики присоединяемых частей, например соединений трубопроводов, фитингов и арматуры.
     Условный проход не имеет единицы измерения и приблизительно равен внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода, выраженному в миллиметрах.

Рисунок 1. Условный проход

5

Условный проход трубопроводов

Таблица 1

Условный проход по ГОСТ 28338-89    
2,5; 3    40     300      1600     
  4       50     350      1800     
  5      63*     400      2000     
  6       65     450      2200     
  8       80     500      2400     
  10     100     600     2600**    
  12     125     700      2800     
  15     150     800      3000     
 16*     160*    900     3200**    
  20    175**   1000      3400     
  25     200    1200     3600**    
  32     250    1400  3800**; 4000 

* Допускается применять для гидравлических и пневматических устройств.
* * Не допускается применять для арматуры общего назначения.


      Условное (номинальное) давление PN или Py - наибольшее избыточное рабочее давление при температуре рабочей среды 20 °C, при котором обеспечивается заданный срок службы соединений арматуры и трубопровода, имеющих определенные размеры, обоснованные расчетом на прочность при выбранных материалах и характеристиках, прочности их при температуре 20 °C. Значения и обозначения номинальных (условных) давлений должны соответствовать указанным по ГОСТ 26349-84 (в соответствии с таблицей 2).

Таблица 2

Номинальные (условные) давления по ГОСТ 26349-84

Обозначение        Значение        Обозначение    Значение   
номинального     номинального      номинального номинального 
(условного)  (условного) давления, (условного)   (условного) 
  давления       МПа (кгс/см2)       давления     давления,  
                                                МПа (кгс/см2)
   PN 0,1         0,01 (0,1)          PN 63      6,3 (63,0)  
  PN 0,16        0,016 (0,16)         PN 80      8,0 (80,0)  

6

Окончание таблицы 2

Обозначение        Значение        Обозначение    Значение   
номинального     номинального      номинального номинального 
(условного)  (условного) давления, (условного)   (условного) 
  давления       МПа (кгс/см2)       давления     давления,  
                                                МПа (кгс/см2)
  PN 0,25        0,025 (0,25)         PN 100    10,0 (100,0) 
   PN 0,4        0,040 (0,40)         PN 125    12,5 (125,0) 
  PN 0,63        0,063 (0,63)         PN 160    16,0 (160,0) 
    PN 1           0,1 (1,0)          PN 200    20,0 (200,0) 
   PN 1,6         0,16 (1,6)          PN 250    25,0 (250,0) 
   PN 2,5         0,25 (2,5)          PN 320    32,0 (320,0) 
    PN 4           0,4 (4,0)          PN 400    40,0 (400,0) 
   PN 6,3         0,63 (6,3)          PN 500    50,0 (500,0) 
   PN 10          1,0 (10,0)          PN 630    63,0 (630,0) 
   PN 16          1,6 (16,0)          PN 800    80,0 (800,0) 
   PN 25          2,5 (25,0)         PN 1000    100,0(1000,0)
   PN 40          4,0 (40,0)                                 

     Номинальные (условные) давления менее 0,01 МПа следует выбирать из ряда R5, а более 100 МПа - из ряда R20 по ГОСТ 8032.
     Допускается применять обозначение номинального (условного) давления Py вместо PN в конструкциях соединений трубопроводов и арматуры, разработанных до 01.01.1992.
     При маркировке допускается применять обозначение PN 6 вместо PN 6,3.
     Рабочее давление Pp - наибольшее избыточное давление, при котором обеспечивается заданный режим эксплуатации арматуры, то есть при рабочих температурах.
     Пробное давление Рпр - избыточное давление, при котором должно производиться гидравлическое испытание арматуры и деталей трубопровода на прочность и герметичность водой при температуре не менее 5 и не более 70 °C.

7

Значения пробных давлений для арматуры и деталей из различных материалов определяются по ГОСТ 356-80. Для Pp до 20 МПа пробное давление примерно в 1,5 раза больше рабочего.
     Трубопроводную арматуру можно классифицировать по нескольким признакам.

        Функциональное назначение(вид)

    • Запорная арматура - предназначена для полного перекрытия (или полного открытия) потока рабочей среды в трубопроводе в зависимости от требований технологического режима.
    • Регулирующая арматура - предназначена для регулирования параметров рабочей среды посредством изменения ее расхода. К ней относятся: регуляторы давления, регулирующие клапаны, регуляторы уровня жидкости, дросселирующая арматура и т. п.
    • Распределительно-смесительная (трехходовая или многоходовая) арматура - предназначена для распределения рабочей среды по определенным направлениям или для смешивания потоков среды. Сюда относятся клапаны и краны.
    • Предохранительная арматура - предназначена для автоматической защиты оборудования и трубопроводов от недопустимого давления посредством сброса избытка рабочей среды. Сюда относятся: предохранительные клапаны, импульсные предохранительные устройства, мембранные разрывные устройства, перепускные клапаны.
    • Защитная арматура - предназначена для автоматической защиты оборудования и трубопроводов от недопустимого или не предусмотренного технологическим процессом изменения параметров или направления потока рабочей среды и для отключения потока без выброса рабочей среды из технологической системы. Сюда относятся обратные и отключающие клапаны.
    • Фазоразделительная арматура - предназначена для автоматического разделения рабочих сред в зависимости от их фазы и состояния. Сюда относятся конденсатоотводчики, маслоотделители, газоотделители, воздухоотделители.

8

        Конструктивные типы


     •  Задвижки. Рабочий орган у них перемещается возвратно-поступательно перпендикулярно потоку рабочей среды. Используется преимущественно в качестве запорной арматуры.
     •  Клапаны (вентили). Запорный или регулирующий рабочий орган у них перемещается возвратно-поступательно параллельно оси потока рабочей среды. Разновидностью этого типа арматуры являются мембранные клапаны, у которых в качестве запорного элемента используется мембрана. Мембрана фиксируется по внешнему периметру между корпусом и крышкой, выполняет функцию уплотнения корпусных деталей и подвижных элементов относительно внешней среды, а также функцию уплотнения запорного органа.
     •  Краны. Запорный или регулирующий рабочий орган у них имеет форму тела вращения или его части, поворачивается вокруг своей оси, произвольно расположенной по отношению к направлению потока рабочей среды.
     •  Затворы. Запорный или регулирующий орган у них имеет, как правило, форму диска и поворачивается вокруг оси, не являющейся его собственной.
     Условное давление рабочей среды:
     •  вакуумная (давление среды ниже 0,1 МПа абс.);
     •  низкого давления (от 0 до 1,5 МПа);
     •  среднего давления (от 1,5 до 10 МПа);
     •  высокого давления (от 10 до 80 МПа);
     •  сверхвысокого давления (от 80 МПа).
     Температурный режим:
     •  криогенная (рабочие температуры ниже -153 °C);
     •  для холодильной техники (рабочие температуры от -153 до -70 °C);
     •  для пониженных температур (рабочие температуры от -70 до -30 °C);
     •  для средних температур (рабочие температуры до +455 °C);
     •  для высоких температур (рабочие температуры до +600 °C);
     •  жаропрочная (рабочие температуры свыше +600 °C).

9

        Способ присоединения к трубопроводу

    • Арматура муфтовая. Присоединяется к трубопроводу или емкости с помощью муфт с внутренней резьбой.
    • Арматура ниппельная. Присоединяется к трубопроводу или емкости при помощи ниппеля.
    • Арматура под приварку. Присоединяется к трубопроводу или емкости с помощью сварки. Преимуществами являются полная и надежная герметичность соединения, минимум обслуживания (не требуется подтяжки фланцевых соединений). Недостаток - повышенная сложность монтажа и замены арматуры.
    • Арматура стяжная. Соединение входного и выходного патрубков с фланцами на трубопроводе осуществляется с помощью шпилек с гайками, проходящими вдоль корпуса арматуры.
    • Арматура фланцевая. Присоединяется к трубопроводу или емкости с помощью фланцев. Преимуществом являются возможность многократного монтажа и демонтажа на трубопроводе, большая прочность и применимость для широкого диапазона давлений и проходов. Недостатки - возможность ослабления затяжки и потеря герметичности со временем, большие габаритные размеры и масса.
    • Арматура цапковая. Присоединяется к трубопроводу или емкости на наружной резьбе с буртиком под уплотнение.
    • Арматура штуцерная. Присоединяется к трубопроводу или емкости с помощью штуцера.

        Способ герметизации

    • Арматура мембранная. Мембрана осуществляет уплотнение корпусных деталей, подвижных элементов относительно внешней среды, а также уплотнение в затворе.
    • Арматура сальниковая. Уплотнение штока или шпинделя относительно внешней среды обеспечивается сальниковой набивкой, находящейся в контакте с подвижным штоком (шпинделем).
    • Арматура сильфонная. Для уплотнения подвижных деталей (штока,

10

шпинделя) относительно внешней среды используется сильфон, который является также чувствительным либо силовым элементом конструкции.

        Способ управления

    •  Арматура под дистанционное управление. Не имеет непосредственного органа управления, а соединяется с ним при помощи колонок, штанг и других переходных устройств.
    •  Арматура приводная. Управление осуществляется при помощи привода (непосредственно или дистанционно).
    •  Арматура с автоматическим управлением. Управление происходит без участия оператора, под непосредственным воздействием рабочей среды на затвор или на чувствительный элемент, либо посредством воздействия на привод арматуры управляющей среды, либо по командному сигналу, поступающему на привод арматуры из приборов АСУ.
    •  Арматура с ручным управлением. Управление осуществляется оператором вручную.
     ГОСТ 9544-93 устанавливает следующие классы герметичности на все виды (кроме специальной и с электромагнитным приводом) запорной трубопроводной арматуры на номинальное давление PN от 0,1 МПа и более (в соответствии с таблицей 3).

Таблица 3


        Классы герметичности запорной трубопроводной арматуры по ГОСТ 9544-93

    Класс     Максимально допустимые протечки при испытании  
герметичности        водой                 воздухом         
      А       Нет видимых протечек   Нет видимых протечек   
      В       0,0006 см3/мин • DN      0,018см3/мин • DN    

11

Окончание таблицы 3

    Класс     Максимально допустимые протечки при испытании  
герметичности        водой                 воздухом         
      С       0,0018 см3/мин • DN      0,18см3/мин • DN     
      D       0,006 см3/мин • DN       1,8см3/мин • DN      

      Минимальная продолжительность испытания на герметичность затвора приведена (в соответствии с таблицей 4).
      Испытательную среду выбирают в зависимости от назначения арматуры, и она должна соответствовать: вода - ГОСТ 2874, воздух - классу «О» ГОСТ 17433. Температура испытательной среды 5-40 °C. Погрешность измерений протечек не должна превышать: ±0,01 см³/мин - для протечек < 0,1 см³/мин; ± 5 % - для протечек > 0,1 см³/мин.


Таблица 4


        Минимальная продолжительность испытания


на герметичность затвора

                 Минимальная продолжительность    
 Номинальный             испытаний, с             
размер, DN, мм     уплотнение     неметаллическое
               металла по металлу   уплотнение   
     <50               15               15       
     >65               30               15       
     <200              48               24       
     >250              60               30       
     <400              96               48       
     >500             120               60       

      Условное обозначение арматуры по классификации ЦКБА (Центрального конструкторского бюро арматуростроения):


12