Модернизация центрифуги очистки бурового раствора MI-Swaco CD 518 HV-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

3. Центрифуга MI-Swaco CD 518HV

3.1 Общая информация
Замена фланцев полумесяцев, регулирующих уровень жидкости в центрифуге на конструкцию согласно патента RU2428259, а также заменили выпускные втулки для твердой фазы на разработанные нами
Центрифуга M-I SWACO CD 518 HV является сепаратором декантаторного типа.
Декантатор представляет собой центробежный сепаратор с горизонтальной осью вращения. Обрабатываемая жидкость или буровой раствор подается во вращающийся барабан, в котором твердая фаза отделяется от жидкой фазы. Твердая фаза вытесняется к внутренней стенке барабана, в то время как жидкая фаза образует вихревой поток внутри твердой. Конвейер шнекового типа осуществляет транспортировку твердой фазы по направлению к конусообразному торцу барабана. Жидкость движется по спиральной траектории, создаваемой лопастями конвейера, к сливным отверстиям, расположенным со стороны широкого торца барабана.[7]

3.2 Принцип работы

Центрифуга CD 518 HV должна устанавливаться на возвышении, чтобы обеспечить удаление твердой фазы. Отверстия для сброса твердой фазы должно находиться над зоной разгрузки или в том месте, откуда твердые отходы можно легко переместить на подходящую площадку для утилизации. Возможно, понадобится наклонный желоб, укрепленный под отверстием для сброса твердой фазы, для направления твердой фазы в зону разгрузки. Наклонный желоб устанавливают под большим углом, чтобы предотвратить скопление твердой фазы. В стандартной конфигурации центрифуга укомплектована электрическим шнеком, направляющим движение твердой фазы. Центрифуга должна быть установлена ровно, с использованием подходящих опор. В некоторых случаях для закрепления центрифуги на опоре может потребоваться точечная сварка.
Входной и выходной потоки показаны на рисунках ниже.
Специальный клиновидный ремень (D5), поставляемый вместе с оборудованием, приводит в движение вращающиеся части.
Электродвигатель мощностью 37кВт является частью системы питания.
Шкив (D3) имеет два расчетных диаметра, таким образом, Вы можете быстро изменить передаточное число, а также скорость вращения барабана.
Для того чтобы увеличить натяжение ремня, электродвигатель фиксируется на скользящей опоре (D2).
Гидравлическая муфта (D4) устанавливается между валом двигателя и его шкивом, чтобы обеспечить постепенный запуск при отсутствии динамической нагрузки без чрезмерного увеличения мощности установленного двигателя.
Обратный привод в сборе
Обратный привод приводит в движение шнек центрифуги.
Специальные клиновидные ремни (C4) сообщают движение вращающимся частям устройства. Четырехфазный электродвигатель (C1) является частью системы питания. Мощность данного двигателя составляет 11 кВт. Он устанавливается на скользящей опоре для регулирования натяжения ремня (C2). Расчетный диаметр приводного шкива с тремя пазами (C3) составляет 260 мм.
Вращающийся узел в сборе
Барабан (E1) – это внешняя часть центрифуги, которая состоит из трех
цилиндрических и одной конической секции.
В торцевой части цилиндрической секции находится четыре фланца в виде полумесяца (E2), через прорези которых удаляется отделенная жидкая фаза. В наличии имеются различные наборы фланцев разнообразных диаметров. Фланцы малого диаметра обеспечивают более эффективную сепарацию, нопредусматривают более высокую нагрузку на центрифугу, при этом использование фланцев большего размера снижает эффективность, но позволяет сократить нагрузку на оборудование. Твердая фаза сбрасывается через выходные отверстия (E3), расположенные в торцевой части меньшего диаметра конической секции. Барабан выполнен из дуплексной нержавеющей стали и крепится к основанию посредством двух опор (E4), установленных на роликоподшипниках. Данные опоры фиксируются на станине (E8) с помощью четырех винтов с шестигранной головкой (два на каждую опору). Шнек или конвейер (E5) расположен внутри барабана и вращается в одном направлении с барабаном только на меньшей скорости. Осевая часть шнека выполнена из нержавеющей стали AISI 304, а лопасти из нержавеющей стали AISI 316. [7]
Верхняя часть лопастей и участки, по которым проходит жидкость, закалены. Планетарный редуктор (E6) замедляет скорость движения, сообщаемого вспомогательным приводом шнеку (передаточное число 59:1).
Подача материала в центрифугу осуществляется через подающую трубу. Труба подсоединена к питающему фланцу, конец подающей трубы должен быть гибким. В противном случае между фланцем и трубой предусмотреть соответствующее эластичное соединение, чтобы погасить вибрацию.
Ограничитель крутящего момента (E9) представляет собой механическое устройство, которое позволяет измерять крутящий момент центрифуги во время работы.
Конвейер подвешен внутри барабана на подшипниках и вращается в том же направлении, что и барабан, но немного медленнее. Отделенная твердая фаза вытесняется на внутреннюю стенку барабана центробежной силой и транспортируется к разгрузочным отверстиям барабана. Шаг лопастей конвейера представляет собой расстояние в миллиметрах между лопастями, измеренное параллельно оси конвейера. [7]
Корпус выполнен из нержавеющей стали, закреплен на станине и полностью закрывает барабан. Он разделен на отсеки для отвода жидкости и разгрузки твердой фазы через соответствующие отверстия. Полукруглая крышка закреплена на петлях, что упрощает доступ к барабану для проведения осмотра и обслуживания. Открыв крышку (B1) с использованием соответствующих рукояток (B5), Вы можете осуществить визуальную проверку внешних частей центрифуги. Во время работы крышка должна быть закрыта и зафиксирована посредством винтов и самоконтрящихся гаек (B4).
Отверстие для удаления жидкости (B2, диаметр 154 мм) используется для
слива отделенной жидкости. Отверстие для удаления твердой фазы (B3, размеры 463 мм x 282 мм) предназначено для разгрузки твердой фазы. Оператор должен следить за тем, чтобы выгруженный материал не скапливался под установкой.
Станина – это полая стальная конструкция, на которой смонтирован опорные подшипники барабана, кронштейн подающей трубы и корпус.
Подающая труба показана на рисунке 3.9. Буровой раствор поступает в
центрифугу через подающую трубу. Эта труба изготовлена из нержавеющей стали, имеет около 2 дюймов в диаметре и 36 дюймов в длину. Она проходит внутри барабана и конвейера по полому валу через конический торец барабана. Буровой раствор подается в трубу при помощи насоса. Буровой раствор из подающей трубы поступает в барабан через прорезь в конвейере. Длина прорези в конвейере примерно равна длине конической секции.
Данные ограждения установлены для предотвращения любых преднамеренных или случайных контактов предметов или частей тела с
вращающимися узлами установки. Они используются для осуществления технического обслуживания ремней и муфты G.S. с ограничением по крутящему моменту. Ограждения могут быть полностью сняты для проведения ремонтныхмработ.
Вращающийся узел центрифуги в сборе состоит из барабана, конвейера и планетарного редуктора.
Планетарный редуктор установлен на полом вале в цилиндрическом торце барабана. Он вращает конвейер посредством другого вала, проходящего через полый вал барабана. С обратной стороны от барабана, на редукторе, находится небольшой вал. Это вал для малого центрального зубчатого колеса планетарного редуктора. Скорость и направление вращения малого зубчатого колеса определяет разницу скоростей или относительную скорость барабана и конвейера.
Скорость центрифуги CD 518 HV может находиться в диапазоне от 1885 до 2410 об/мин в зависимости от поставленной задачи. Конвейер вращается в одном направлении с барабаном, но его скорость приблизительно 35-55 об/мин.[7]
Центрифуга CD 518 HV функционирует при одновременном вращении барабана и конвейера в одном направлении, при этом конвейер вращается медленнее барабана.
Двигатель главного привода должен быть подсоединен таким образом, чтобы барабан всегда вращался по часовой стрелке, если смотреть со стороны подающей трубы.
Малое центральное зубчатое колесо редуктора предназначено для изменения разницы скоростей между барабаном и конвейера. Если центральное зубчатое колесо «зафиксировано», т.е. не вращается двигателем обратного привода, разница равна числу оборотов барабана в минуту, поделенному на передаточное число редуктора (57:1). Если оно вращается в том же направлении, что и барабан, разница будет меньше, чем в «фиксированном положении».
При вращении в противоположном направлении по отношению к барабану, разница будет больше.
Масса вращающегося узла велика, поэтому он набирает рабочую скорость за 90-100 секунд. Между приводным двигателем и вращающимся узлом предусмотрена гидродинамическая муфта, которая обеспечивает почти немедленное достижение полной рабочей скорости двигателя, а также постепенный набор скорости барабана.
Без гидродинамической муфты ток двигателя при запуске может быть чрезмерно высоким и может стать причиной перегрева соединительных патрубков, устройств защиты от перегрузки кабеля или двигателя, или перегрузки электростанции, если она функционировала почти при полной нагрузке. Если высокая нагрузка на вращающийся узел станет причиной чрезмерного скольжения в гидравлической муфте, выделяемое при этом тепло расплавит пробку муфты с плавкой вставкой, что приведет к сливу масла. Это позволит снять нагрузку с двигателя, прежде чем произойдет какое-либо нарушение в работе.
Любой насос, который способен обеспечить необходимую скорость подачи при соответствующем давлении, чтобы предупредить потери, может использоваться для подачи материала в центрифугу CD 518 HV.

Технические характеристики
Основной двигатель, квт. 37
Вспомогательный двигатель, квт. 11
Редукционная передача 9610130
Передаточное число от 57 до 1
Диаметр шкива основного двигателя, мм 254, 325
Расчетный диаметр шкива барабана, мм 195
Передаточное число главного привода 1,3; 1,67
Максимальная скорость вращения центрифуги, об/мин 2900
Расчетный диаметр шкива двигателя обратного 265
привода, мм
Расчетный диаметр шкива редуктора, мм 355
Передаточное число обратного привода 0,75
Стандартный расход центрифуги, м3 /час 34,06
Максимальный расход центрифуги, м3 /час 40,88
Время для достижения необходимой скорости 5
вращения, мин
Время работы на холостом ходу перед оста- 15-20
новкой, мин
Фактор разделения 2250
Габаритные размеры центрифуги, (L*B*H) мм  3022 х 1778 х 1293
Фактическая производительность центрифуги зависит от процентного
соотношения твердой фазы и общей плотности подаваемого материала, а также от работы оборудования.
Условия размещения и эксплуатации установки:
· до 1000 м ниже уровня моря
· диапазон температуры окружающей среды от –20 °C до +50 °C
· при отсутствии внутреннего давления или вакуума.
Центрифуга спроектирована со станиной в горизонтальном положении для
переработки бурового раствора на углеводородной основе.
Тип обрабатываемого материала - Буровой раствор на углеводородной основе
Удельный вес - кг/м3 < 2200
Макс. температура обрабатываемого материала - °C 95
Уровень pH - От > 4 до < 12
Оборудование центрифуги включает в себя ряд предохранительных устройств.
1 - Ограничитель крутящего момента
2 - Микровыключатель крышки центрифуги
3 - Микровыключатель ограждений ременной передачи главного привода
4 - Микровыключатель ограждений ременной передачи обратного привода
5 – Вибровыключатель
Ограничитель крутящего момента представляет собой систему механического и электрического контроля. Вал малого центрального зубчатого колеса оснащен пружинной муфтой (Муфта G.S.), которая ограничивает крутящий момент вала.·
При превышении данного предельного значения муфта разъединится и активирует посредством аксиального перемещения концевой выключатель. Тришара муфты выталкиваются из углублений приводного механизма. Это приводит к повороту муфты и приводного механизма на 60 градусов по отношению друг к другу. Одновременно муфта смещается на 1⁄4 дюйма по направлению к приводному механизму. Это приводит к отключению питания приводного двигателя барабана и питающего насоса, если управление осуществляется системой контроля центрифуги. Данное смещение также обеспечивает выход шпонок шкива клиновидного ремня из разъемов в муфте. Теперь барабан и конвейер вращаются с одинаковой скоростью.
Во время нормальной эксплуатации ограничитель крутящего момента (1) передает крутящий момент валу шнекового конвейера. В случае перегрузки, когда крутящий момент превышает предварительно установленное значение, равное 50 ~ 60 фунт-футам (67,79 ~ 81,35 Н·м), ограничитель крутящего момента включается механическим способом, а шнековый конвейер и барабан начинают вращаться с одинаковой скоростью. Для того чтобы предупредить холостой ход приводной установки после активации ограничителя крутящего момента, сборщик должен установить микровыключатель для остановки центрифуги.[7]
Установка микровыключателя должна быть осуществлена в соответствии с инструкциями, предусмотренными в руководстве для ограничителя крутящего момента. Для того чтобы восстановить режим нормальной эксплуатации после включения ограничителя, устройство необходимо вернуть в исходное состояние механическим способом.

В результате изучения устройства центрифуги, сравнения её с аналогами, а также изучения статей, в которых описывались проблемы при эксплуатации центрифуг, и проведения патентного поиска мной разработан ряд мероприятий по улучшению работы центрифуги, повышению её ремонтопригодности и энергоэффективности. А, именно, согласно авторского свидетельства №2428259, было принято решение о применении новой конструкции сопла для выхода жидкой фазы к центрифуге MI-Swaco 518HV. Данная конструкция поможет снизить потребление энергии на 20%. Она позволит преобразовать и использовать часть кинетической энергии отводимой из барабана жидкости таким образом, чтобы она способствовала вращению барабана. Установка сопел приведет к уменьшению скорости движения отводимой жидкости и, соответственно, к снижению общей потребляемой энергии. Также данная конструкция предотвратит налипание частиц бурового раствора на кромку выходного отверстия, которое приводит к повышению уровня воды в барабане центрифуги, и как следствие повышению влажности выходящей твердой фазы. Так в существующем варианте крепления для демонтажа втулки необходимо разбирать торцевую часть барабана центрифуги. Для разборки необходимо снимать шкив привода барабана и разбирать опорный подшипник со стороны привода барабана, а также подвешивать барабан центрифуги. Это занимало много времени и надолго останавливало технологический процесс. Новая же конструкция крепления втулок позволит сократить время ремонта приблизительно 4 часа, тем сам сократится время простоя оборудования при ремонте центрифуги. Применение центрифуги позволит:
• обеспечить экологически чистую технологию проходки скважин за счет резкого сокращения объема отходов бурения;
• увеличить скорость проходки и снизить абразивный износ оборудования вследствие уменьшения концентрации твердой фазы в буровом растворе;
• решить проблему экономии и повторного использования утяжелителя;
• снизить расход химреагентов за счет исключения сбросов бурового раствора на рельеф;
• увеличить нефтеотдачу продуктивного пласта.
• получить твердую фазу, выгружаемую из центрифуги, представляющую собой глинистую массу с малым содержанием влаги и пригодную для перевозки в автосамосвалах к местам складирования.
В дипломном проекте изучены следующие вопросы:
• технологические процессы блока очистки и приготовления бурового раствора;
• применение центрифугального оборудования в НГП;
• особенности эксплуатации центрифуги Mi Swaco CD518HV;
• анализ опыта использования центрифуг.
Была произведена модернизация центрифуги в результате которой мы получаем технолгические преимущества, такие как:
- снижение энергопотребления;
- улучшение контроля твердой фазы;
- повышение ремонтопригодности.
А также экономическое преимущество
- сокращение времени простоя оборудования в случае экстренной замены изношенных втулок выгрузки твердого осадка на 4 часа, что составляет 141666,8р в денежном эквиваленте;
- сокращение затрат на электроэнергию 35293р в год.