Dalgıç pompa

Dalgıç pompa (veya elektrikli dalgıç pompa (ESP)) pompa gövdesine yakın bir şekilde hava geçirmez olarak kapatılmış motorlu bir pompadır. Tüm tertibat pompalanacak akışkanın içine daldırılır. Bu tip pompanın asıl yararı pompayla sıvı yüzeyi arasındaki yükseklik farkıyla ilişkili bir problem olan pompa kavitasyonunu önlemesidir. Dalgıç pompalar vakum oluşturan ve atmosferik basınca dayanan jet pompalarının aksine sıvıyı yüzeye iter. Dalgıç pompalar elektrik motoru yerine kuyu içi hidrolik motorunu çalıştırmak için yüzeyden gelen basınçlı sıvıyı kullanır ve hareket sıvısı olarak da ısıtılmış su ile ağır yağ uygulamalarında kullanılır.

Endüstriyel kullanım için tek tip dalgıç pompa. Çıkış borusu ve elektrik kablosu bağlı değil.

Tarih

1928'de petrol dağıtım sistemi mühendisi ve mucit Armais Arutunoff ilk dalgıç yağ pompasını bir petrol sahasına başarıyla kurdu.^[1] 1929'da Pleuger Pumps (bugünkü adı Pleuger Industries) modern çok kademeli dalgıç pompanın öncüsü olan dalgıç türbin pompasının tasarımına öncülük etti.^[2]

Çalışma prensibi

Elektrikli dalgıç pompalar dikey konumda çalışan tek veya genelde çok kademeli santrifüj pompalardır. Pompa çarkı (impeller)) tarafından hızlandırılan sıvının kinetik enerjisi potansiyel enerjisine dönüşerek difüzörde kinetik enerji kaybedilir. Bu radyal ve karışık akışlı pompaların ana çalışma mekanizmasıdır. HSP'de motor bir elektrik motorundan ziyade bir hidrolik motordur ve kapalı çevrim (güç akışkanını üretilen akışkandan ayrı tutmak) veya açık çevrim (güç akışkanını üretilen akışkan kuyu deliği ile yüzey ayırma ile birleştirmek) olabilir.

Pompa mili pompanın altındaki mekanik bir kaplinle gaz ayırıcıya veya koruyucuya bağlanır. Sıvılar bir giriş süzgecinden pompaya girer ve pompa kademeleri tarafından yukarı basılır. Diğer parçalar, pompa miline radyal destek sağlayan milin uzunluğu boyunca dağıtılan radyal yatakları (burçları) içerir. İsteğe bağlı bir baskı yatağı pompada oluşan eksenel kuvvetlerin bir kısmını alır ancak bu kuvvetlerin çoğu koruyucunun baskı yatağı tarafından emilir.

Dalgıç pompaların performansı

Dalgıç bir pompanın gücü veya güç gereksinimi (pompanın motorunu çalıştırmak için elektrik gücü olarak) aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:

$P={\frac {Q\cdot p}{\eta }}$

Q: pompanın debisi,

p: pompa çıkış basıncı,

$\eta$ :Dalgıç pompanın genel verimliliği.

Güç birimi W (watt)'dır.

Debi Q, birim zamanda pompalanan sıvı hacmini gösterir. Basma basıncı p dalgıç pompanın verebileceği basınçtır. Çıkış basıncı genellikle sıvının çıkış yüksekliği cinsinden verilir. Her iki parametre debi ve basma yüksekliği birbirine bağlıdır. Debi çıkış basıncı arttığında düşer veya aksi de doğrudur: çıkış basıncı ne kadar azsa debi de o kadar büyük olur. Bu ilişki pompanın karakteristik eğrisi nde gösterilir. Genel verimlilik $\eta$ , tahrik milinden istenen güç (gerçek pompa gücü) ile motoru çalıştırmak için kullanılan elektrik gücü arasındaki oranla belirlenir. Dalgıç pompanın genel verimliliği karakteristik eğrisinden de alınabilir. Her dalgıç pompanın yalnızca kendisine has kendi karakteristik eğrileri vardır. Bunlar pompanın ilgili teknik belgelerinde bulunabilir.

Vidalı tip dalgıç pompalar da vardır, içlerinde çalışan parça olarak çelik vida bulunur. Vida, pompanın yüksek kum ve diğer mekanik parçacıkları olan suda çalışmasını sağlar.

Uygulamalar

Dalgıç pompaların tek kademeli olanları drenaj, kanalizasyon pompalama, genel endüstriyel pompalama ve çamur pompalama için kullanılır. Havuz filtrelerinde de popülerdirler. Çok kademeli dalgıç pompalar genelde bir sondaj deliğine indirilir ve mesken, ticari, belediye ve endüstriyel su çekme (su çıkarma), su kuyuları ve petrol kuyularında kullanılır.

Dalgıç pompalar ayrıca kanalizasyon, arıtma tesisleri, deniz suyu işleme, yangınla mücadele (alev geciktirici kablosu olduğu için), su kuyusu ve derin kuyu sondajı, açık deniz sondaj kuleleri, yapay liftler ve asansörler, maden susuzlaştırma ve sulama sistemlerinde bulunur.

Yanıcı sıvılar veya yanıcı sıvılar ile kirlenmiş olabilecek su için kullanılan pompalar tehlikeli yerlerdeki sıvıyı veya buharları tutuşturmayacak şekilde tasarlanmalıdır.

Petrol kuyularında kullanımı

Dalgıç pompalar geniş debi ve derinlik aralığında çalışabilen nispeten verimli "yapay kaldırma" biçimi sağlamak için petrol üretiminde kullanılır.^[3]^[4] Kuyu dibindeki basıncı düşürerek (alt delik akış basıncını düşürerek veya çekişi artırarak), doğal üretime kıyasla kuyudan önemli ölçüde daha fazla petrol çekebilir. Pompalar tipik olarak elektrikle çalışır bunlara Elektrikli Dalgıç Pompalar (ESP) veya hidrolik olarak çalıştırılıyorsa Hidrolik Dalgıç Pompalar (HSP) denilir.

ESP sistemleri hem yüzey bileşenlerinden (örneğin bir petrol platformu gibi üretim tesisinde barındırılan) hem de alt yüzey bileşenlerinden (kuyu deliğinde bulunur) oluşur. Yüzey bileşenleri arasında motor kontrolörü (genellikle değişken hız kontrolörü), yüzey kabloları ve transformatörler bulunur. Yüzey altı bileşenleri, yüzeydeyken bir boru dizgisinin delik altı ucuna bağlanarak yerleştirilir ve ardından boru ile birlikte kuyu deliği içine indirilir.

Yüzeydeki yüksek gerilimli (3 ila 5 kV) alternatif akım kaynağı yer altı motorunu çalıştırır. Yakın zamana kadar kaynaktan motora uzanan bir elektrik kablosuna ihtiyaç duyulduğundan ESP'lerin montajı maliyetliydi. Bu kablo birleşik boruların etrafına sarılmalı ve her bir bağlantıya bağlanmalıdır. Yeni sarmal boru göbekleri hem boru tesisatı hem de elektrik kablosunun tek bir geleneksel sarmal boru ünitesi ile konuşlandırılmasına imkan verir. Sensör ve kontrol verileri için kablolar da dahil edilebilir.

Yüzey altı bileşenleri genellikle motorun pompadan aşağı deliğiyle birlikte pompa kısmı ve motor kısmı içerir. Motor sıvıyı üretim borusundan yüzeye çıkarmak için pompa pervanelerini(pompa çarklarını) döndüren mili döndürür. Bu parçalar 34 MPA (5,000 psi) kadar yüksek basınçlara, 3.7 km (12,000 fit), 750 kW (1000 beygirgücü) yüksek enerji gereksinimleriyle 149 C (300 F) kadar yüksek sıcaklıklarda güvenilir bir şekilde çalışmalıdır. Pompanın kendisi çalışma gereksinimleri tarafından belirlenen kademe sayısı ile çok kademelidir. Her kademe bir pervane ve difüzör içerir. Her bir pervane dönen şafta bağlıdır ve sıvıyı şaftın yakınından radyal olarak dışa doğru basar. Akışkan daha sonra şafta bağlanmayan ve sıvıyı şafta geri yönlendiren kanatlar içeren dönmeyen bir difüzöre girer. Pompaların çapları 90 mm'den (3,5 inç) ila 254 mm'ye (10 inç) ve boyları 1 metreden(3 fit) 8.7 metreye (29 fit) kadar boylarda olabilir. Pompayı sürmek için kullanılan motor genellikle üç fazlı, sincap kafesli bir endüksiyon motoru olup gücü 7.5 kW -560 kW etiket güç aralığındadır.^[3]

ESP tertibatları ayrıca şunları içerebilir: motor ve pompa arasında mile bağlı contalar; kumu süzmek için süzgeçler; ve pompa girişinde gazı, yağı ve suyu ayıran sıvı ayırıcılar.^[3] ESP'ler pompa girişinde yaklaşık % 10'dan daha büyük olan önemli gaz fraksiyonları ile önemli ölçüde daha düşük verimliliklere sahiptir bu nedenle pompadan önce gazı petrolden ayırmak önemli olabilir. Bazı ESP'ler suyun kuyu altına yeniden püskürtülmesine imkan veren bir su/yağ ayırıcı içerir. Bazı kuyular % 90'a kadar su ürettiğinden ve sıvı yükselmesi önemli bir maliyet olduğundan suyu yüzeye kaldırmadan önce yeniden püskürtmek enerji tüketimini azaltabilir ve ekonomiyi iyileştirebilir ESP'lerin 4000 devir/dakikalık (67 Hz) yüksek dönüş hızları ve sıkı boşlukları, kum gibi katılara tolerans göstermezler.

Dünya genelinde kullanılan en az 15 marka petrol sahası ESP'si vardır.

Kablolar

Dalgıç pompa kablosu, pompa ortam koşullarına özel tiplerle ıslak zeminde veya su altında kullanım için tasarlanmıştır.^[5]^[6]^[7]

Dalgıç pompa kablosu derin bir kuyudaki dalgıç pompa için veya benzer şekilde zor koşullarda kullanılacak özel bir üründür. Bu tür bir uygulama için gerekli olan kablo dayanıklı ve güvenilir olmalıdır çünkü kurulum yeri ve ortamı son derece kısıtlayıcı olabilir. Bu nedenle dalgıç pompa kablosu hem tatlı hem de tuzlu suda kullanılabilir. Doğrudan gömme ve kuyu içi dökümler için de uygundur. Dalgıç pompa kablosunun montaj alanı fiziksel olarak kısıtlayıcıdır. Kablo üreticileri mümkün olan en yüksek güvenilirlik derecesini elde etmek için bu faktörleri göz önünde bulundurmalıdır. Dalgıç pompa kablosunun boyutu ve şekli montajcının kullanımına ve tercihine ve pompalama cihazına bağlı olarak değişebilir. Pompa kabloları tek ve çok iletkenli tiplerde yapılır ve enine kesitte düz veya yuvarlak olabilir; bazı tipler, kontrol kablolarının yanı sıra pompa motoru için güç iletkenlerini içerir. İletkenler genellikle tanımlama için renk kodludur ve genel bir kablo kılıfı da renk kodlu olabilir.

Başlıca kablo türleri şunlardır:

Sağ taraftaki SPC tiplerine göre 3 ve 4 Çekirdekli kabloda gösterilen resimde iletken olarak saf Bakır/ Kalaylı Bakır kullanılmıştır.

PVC 3 ve 4 özlü Kablo
- Düz kablo
- Yuvarlak Kablo
Kauçuk 3 ve 4 özlü Kablo
- Düz kablo
- Yuvarlak Kablo
Düz Drincable
HO7RN-F Kablosu

Ayrıca bakınız

Santrifüj pompa
Eğitmen-jet pompası
Güçlendirici pompa

Kaynakça

^ "A Historical Perspective of Oilfield Electrical Submersible Pump Industry". esppump.com. ESP pump.com. 17 Eylül 2012. 18 Eylül 2008 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 16 Kasım 2017. With three employees, Arutunoff built and installed the first ESP in an oil well in the El Dorado field near Burns, Kansas.
^ "A brief history of pumps". worldpumps.com. Elsevier Ltd. 23 Mart 2009. 7 Eylül 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 16 Kasım 2017. 1929: Pleuger pioneers the submersible turbine pump motor
^ ^a ^b ^c Lyons (ed), Standard Handbook of Petroleum & Natural Gas Engineering", p. 662
^ Other forms of artificial lift include Gas Lift, Beam Pumping, Plunger Lift and Progressive cavity pump.
^ "Submersible pump cable", The Pump Book, ss. 67-74, ISBN 978-0-615-18509-5
^ Ray C. Mullin, Phil Simmons (2011), "Submersible Pump Cable", Electrical Wiring Residential, ss. 423-424, ISBN 978-1-4354-9826-6
^ Electrical Codes, Standards, Recommended Practices and Regulations: An Examination of Relevant Safety Considerations. Elsevier. 19 Ocak 2010. ss. 317-. ISBN 978-0-8155-2045-0. 7 Haziran 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 16 Kasım 2012.

Lyons, William C., (Ed.) (1996). Standard Handbook of Petroleum & Natural Gas Engineering. 6. 2. Gulf Professional Publishing. ISBN 0-88415-643-5.

Dış bağlantılar

Elektrikli dalgıç pompaların çalışması, uygulamaları ve avantajları 22 Ocak 2018 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
Çok Yönlü Pompa Su Altında Çalışıyor, Temmuz 1947, Popular Science 17 Nisan 2017 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. büyük kamu su işleri dalgıç pompa tasarımının mükemmel kesit çizimi

[esppump-1] "A Historical Perspective of Oilfield Electrical Submersible Pump Industry". esppump.com. ESP pump.com. 17 Eylül 2012. 18 Eylül 2008 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 16 Kasım 2017. With three employees, Arutunoff built and installed the first ESP in an oil well in the El Dorado field near Burns, Kansas.

[worldpumps-2] "A brief history of pumps". worldpumps.com. Elsevier Ltd. 23 Mart 2009. 7 Eylül 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 16 Kasım 2017. 1929: Pleuger pioneers the submersible turbine pump motor

[lyons-3] Lyons (ed), Standard Handbook of Petroleum & Natural Gas Engineering", p. 662

[4] Other forms of artificial lift include Gas Lift, Beam Pumping, Plunger Lift and Progressive cavity pump.

[5] "Submersible pump cable", The Pump Book, ss. 67-74, ISBN 978-0-615-18509-5

[6] Ray C. Mullin, Phil Simmons (2011), "Submersible Pump Cable", Electrical Wiring Residential, ss. 423-424, ISBN 978-1-4354-9826-6

[Alonzo2010-7] Electrical Codes, Standards, Recommended Practices and Regulations: An Examination of Relevant Safety Considerations. Elsevier. 19 Ocak 2010. ss. 317-. ISBN 978-0-8155-2045-0. 7 Haziran 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 16 Kasım 2012.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]