Эксплуатация МН (МНПП) и оборудования НПС (стр. 12 )

При резко пересеченном рельефе местности могут быть осложнения в связи с наличием перевальных точек по трассе трубопровода.

Способы регулирования режима работы НПС изменением частоты вращения ротора.

Частоту вращения ротора насоса можно изменять следующими способами: либо используя двигатели с переменной частотой вращения (ЧРП), либо при постоянной частоте вращения электродвигателя с помощью регулируемой гидравлической муфты, либо используя альтернативный привод, позволяющий изменять частоту вращения, в частности газотурбинные установки.

Применение гидромуфт для изменения частоты вращения вала.

Гидромуфты являются механическими устройствами, устанавливаемыми между асинхронным двигателемм и насосом. На практике обычно применяются два типа муфт[5]:

1) Турбомуфта одноступенчанчтой конструкции, которая может только понижать частоту вращения входного вала асинхронного двигателя;

2) Многоступенчатые муфты, которые могут, как понижать частоту вращения выходного вала, так и повышать ее.

Плавное изменение частоты вращения в турбомуфте достигается изменением объема масла, поступающего от маслонасоса. Когда муфта полностью заполнена маслом ее выходной вал вращается с частотой, близкой к частоте вращения входного вала. Для понижения частоты вращения вала, необходимо удалить из гидромуфты масло. Когда масло удалено, передача энергии, обеспечивающей изменение момента на валу, снижается, растет скольжение, и частота вращения выходного вала гидромуфты падает.

Применение турбомуфты целесообразно при небольшом диапазоне регулирования частоты вращения вниз от номинальной. Турбомуфты одноступенчатой конструкции имеют невысокое быстродействие в диапазоне регулирования определяемое временем, требуемым для заполненния муфты маслом.

Многоступенчатые муфты с переменной часотой вращения значительно сложнее одноступенчатых, допускают более расширенный диапазон регулирования, однако имеют более высокую стоимость. За счет применения планетарной передачи выходная частота вращения выше входной. При этом основная часть мощности передается с небольшими потерями, что обеспечивает в диапазоне частоты вращения насоса от 90 до 100 процентов номинальный КПД примерно 94 процента, при дальнейшем снижении частоты вращения КПД уменьшается, но за счет многоступенчатости гидромуфта может регулировать частоту вращения в более широком диапазоне – от 40 до 100 процентов номинальной частоты.

Отметим ряд основных свойств гидромуфт:

1) Плавное трогание с места и плавный разгон;

2)Отсутствие трущихся пар и вследствие этого отсутствие практического износа у основных деталей гидромуфты;

3) Бесшумность передачи;

4) Эксплуатационная надежность.

Несмотря на свои плюсы, использование гидромуфт имеет ряд существенных недостатков:

1) Высокая стоимость проекта;

2) Сложность при установке в существующую систему;

3) Высокая стоимость обслуживания;

4) Не снижает пусковой ток двигателя;

5) Малый диапазон регулирования.

Применение гидромуфт целесообразно при таких технологических режимах работы НПС, если необходимо малое изменение частоты вращения.

Использование частотно – регулируемого привода для регулирования режима работы.

Более экономичным способом регулирования частоты вращения в широком диапазоне оборотов является применение полупроводниковых преобразователей. Скорость вращения вала электродвигателя изменяется пропорционально частоте и амплитуде подводимого к статору напряжения.

Использование частотных преобразователей позволяет точно управлять скоростью и моментом электродвигателя по заданным параметрам в точном соответствии с характером нагрузки. Это, в свою очередь, позволяет осуществлять точное регулирование практически любого процесса в наиболее экономичном режиме.

Несмотря на их высокую стоимость в сравнении с другими способами частотного регулирования, использование приводов насосных агрегатов на базе преобразователей частоты (ПЧ) целесообразно там, где необходимо плавное регулирование в широком диапазоне при постоянно меняющихся уровнях нагрузки. КПД преобразователя частоты мало зависит от частоты вращения вала электродвигателя и для различных от моделей приводов, составляет 94 – 98 процентов[6].

Частотное регулирование применяется на объектах трубопроводного транспорта нефти в составе привода магистральных насосных агрегатов (МНА). Помимо описанного ранее увеличения экономичности за счет исключения потерь, связанных с дросселированием и увеличения энергоэффективности насосной системы в целом, оно дает еще ряд важных

преимуществ:

1) ЧРП позволяет осуществлять регулирование как минимального, так и максимального рабочего давления на входе магистрального насосного агрегата (МНА), поэтому для раскладки труб при работе на следующую НПС, это дает возможность использовать трубы с меньшей толщиной стенки, рассчитанные на меньшее давление. Таким образом, снижается общая металлоемкость строительства нефтепровода;

2) Регулирование частоты позволяет уменьшить количество сменных роторов насоса, необходимых для изменения его режима работы. Уже имеющиеся в наличии роторы могут использоваться в более широком диапазоне подач, в том числе при частотах вращения выше номинальной;

3) При использовании ЧРП не требуется установка дополнительного устройства плавного пуска двигателя;

4) Наличие ЧРП позволяет отказаться от двух видов защит магистрального насоса:

- предупредительной защиты по коллекторному давлению;

- аварийной защиты по коллекторному давлению.

5) Экономия электроэнергии от 20 до 60 процентов;

6) Снижаются пусковые токи двигателя;

7) Исключаются гидравлические удары в системе;

8) Имеется возможность точной настройки режима работы;

9) Повышается производственная безопасность.

10) ЧРП можно использовать для перераспределения потоков нефти, когда необходимо сбрасывать часть нефти на другие направления, при этом сброс может быть как постоянным, так и переменным. Традиционно, для этой задачи используются емкости объемом 0,3 – 0,5 суточной подачи с подпорными насосами, а регулирование расхода по различным направлениям осуществляется либо дросселированием, либо ступенчатым регулированием путем включения или выключения необходимого числа насосов. Применение частотного регулирования – более экономично и позволяет отказаться от емкости, либо использовать емкости значительно меньшего объема.

11) Очевидны преимущества применения ЧРП для поддержания режимов перекачки, связанных с резким изменением реологических свойств перекачиваемой среды (плотности, вязкости). Например, если один из участков нефтепровода начал перекачивать нефть с большей плотностью или вязкостью, и для этого требуется увеличить давление – это легко сделать, изменяя частоту вращения насосного агрегата. Особенно удобно это может оказаться на магистральных продуктопроводах, где перекачиваются последовательно бензин и дизельное топливо.

В настоящее время, при строительстве новых нефтепроводов планируется использование частотного регулирования также и на подпорных насосных агрегатах, в этом случае удастся получить следующие преимущества:

1) Регулирование подачи разных сортов нефти при их смешивании с целью получения заданной плотности или вязкости.

2) Возможность работы без МНА в режиме регулирования для начальных этапов развития нефтепровода.

3) Возможность работы МНА в условиях малых требуемых давлений на выходе НПС, с учетом необходимости перераспределения напора между подпорным и магистральным агрегатами.

4) Возможность использования этих же насосов для внутрипарковой перекачки нефти.

Таким образом, использование ЧРП значительно расширяет возможности магистральных и подпорных насосных агрегатов, позволяет на их основе реализовывать новые, более удобные технологические схемы. А подключение ЧРП и управление им через систему верхнего уровня, позволяет повысить уровень автоматизации НПС в целом.

Сравнение методов регулирования частоты вращения вала насоса

Сопоставляя электрическое частотное регулирование с механическим регулированием гидромуфтой можно отметить следующее:

1) Применение гидромуфты не уменьшает 6-7 кратный ток при пуске электродвигателя. Нагрев и значительные электродинамические воздействия на статор разрушают изоляцию и сокращают ресурс двигателя. Применение более сложных гидромуфт позволяет снизить продолжительность пуска, но не уменьшает величину пускового тока. При пуске от ПЧ пусковой ток, как правило, не превышает номинальный ток двигателя. Это в принципе исключает дополнительный нагрев и разрушающие воздействия на изоляцию статора, не ограничивает количество пусков и продлевает ресурс двигателя.

2) Гидромуфта обеспечивает регулирование только одного двигателя, в то время как ПЧ позволяет осуществить групповое управление несколькими электроприводами насосов. При этом в группе, например из 3 – 4 насосов, работающих параллельно, один или два работают с постоянной частотой вращения, а частоту других необходимо регулировать по условиям технологического процесса. Три или четыре насосных агрегата могут совместно использовать один или два ПЧ. Применение электрического частотного регулирования в этом случае обеспечивает значительную экономию затрат на оборудование и его установку.

3) Применение ПЧ повышает надежность работы технологической схемы. Во – первых двигатель может быть включен по схеме электрического байпаса, позволяющей в случае отказа ПЧ переключить двигатель на сеть электроснабжения. ПЧ может быть отремонтирован (среднее время ремонта 1 - 2 часа) и быстро введен в работу. Поэтому его отказ не приведет к нарушению технологического процесса в отличие от отказа гидромуфты.

4) Эффективность ЧРП, как видно из рисунков 4 и 5, существенно выше по сравнению с гидромуфтой независимо от диапазона частоты вращения электропривода.

На рисунке 1.4 сравниваются зависимости КПД для гидромуфты и ПЧ при переменных нагрузках, а на рисунке 1.5 – при различных частотах вращения.

При снижении частоты вращения ниже 80 процентов КПД гидромуфты уменьшается очень быстро, падает ее эффективность. Поэтому применение гидромуфт для регулирования частоты вращения вала на насосных станциях врядли целесообразно как по техническим, так и по экономическим соображениям.