Нефтяные насосы
Чтобы обеспечить поступательное движение жидкости в трубопроводе, требуются силы, поддерживающие такое движение. Этих сил три: толкающие силы давления, силы тяжести и противодействующие движению силы трения. На участках подъема силы тяжести противодействуют движению, а на участках спуска суммируются с силами давления и помогают движению. Поскольку наибольшее торможение жидкости происходит на внутренней поверхности трубы, то на оси трубы жидкость движется быстрее, чем у ее стенок, поэтому вследствие вязкости между слоями жидкости возникают силы трения, способствующие переходу механической энергии в тепло, т. е. потери механической энергии.
Именно по этой причине напор (суммарный потенциал сил давления и сил тяжести) в трубопроводах уменьшается от начала каждого участка по мере приближения к его концу. Вот почему для продолжения движения необходимо через определенное расстояние (для магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов оно составляет, как правило, 100–120 км) поднимать давление в трубопроводе, т. е. заставлять жидкость перетекать из области меньшего давления в конце каждого участка в область более высокого давления в начале следующего участка. Эту задачу решают устройства — насосы или объединения из нескольких насосов — насосные станции (НПС — нефтеперекачивающими станциями).
Итак, что же такое насосы? Для чего они нужны и как перекачивают нефть? Отметим главное: насосы — это устройства для принудительного перемещения жидкости от сечения с меньшим значением давления (линии всасывания) к сечению с большим значением давления (линии нагнетания).
Существует великое множество различных конструкций таких устройств, обобщенно называемых насосами. Это всем известные поршневые насосы (как те, которыми надувают мячи и автомобильные колеса), фрикционные насосы (увлекающие жидкость против сил давления силами трения), шестеренчатые насосы (состоящие из шестеренок, вращающихся в противоположных направлениях на параллельных осях и выдавливающие высоковязкую жидкость из полости с меньшим давлением в полость с большим давлением), шнековые насосы (шнек от нем. — улитка), которые наподобие бытовой мясорубки принуждают транспортируемую среду (мясо) двигаться против сил сопротивления и т. п.
Однако в трубопроводном транспорте наибольшее распространение получили так называемые центробежные насосы. В центробежных насосах, используемых для перекачки нефти, жидкость перемещается от сечения с меньшим давлением к сечению с большим давлением центробежной силой, возникающей при быстром вращении рабочего колеса с профильными лопатками. Каждый центробежный нефтеперекачивающий агрегат состоит из двух основных частей: привода, вращающего вал насоса (как правило, это мощный электродвигатель), и центробежного нагнетателя, внутри корпуса (статора) которого находится рабочее колесо с профильными лопатками. С помощью этих лопаток нефть перемещается из области низкого давления (линии всасывания) в область высокого давления (линию нагнетания).
Нефть из линии всасывания (1) попадает внутрь рабочего колеса (2) в осевой его части. Колесо закреплено на массивном вале (3), приводимом во вращение приводом — электродвигателем (на рисунке не показан). Центробежная сила инерции заставляет нефть перемещаться от центра к периферии колеса в линию нагнетания (4) насоса, создавая тем самым в линии нагнетания давление большее, чем в линии всасывания.
Насосы располагают в порядке возрастания подачи от 125 до 12 500 м3/ч. Нефтяным насосом с самой большой подачей является насос НМ 10000-210 с подачей 10 000 или 12 500 м3/ч. Маркировка расшифровывается так: «Насос магистральный с подачей (расходом) 10 000 м3/ч и напором 210 м». Развиваемый насосом дифференциальный напор — это создаваемое им увеличение давления, выраженное в метрах столба транспортируемой жидкости.