УДК 621.31

Технические науки/ 5. Энергетика

В.А. Шабанов, О.В. Бондаренко, З.Х. Павлова

(Уфимский государственный нефтяной технический университет, Россия)

УЧЕТ РЕЖИМОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УЧАСТКА НЕФТЕПРОВОДА ПРИ РАЗРАБОТКЕ ВЧРП МАГИСТРАЛЬНЫХ НАСОСОВ НА НПС¹

Чебоксарский электроаппаратный завод и Уфимский государственный нефтяной технический университет по результатам конкурса, проведенного Минобрнауки РФ в 2010 г, выполняют комплексный проект «Разработка и организация серийного производства мощных высоковольтных частотно-регулируемых приводов (ВЧРП)» [1]. Для успешного внедрения ВЧРП на нефтеперекачивающих станциях (НПС) необходимо решить по выбору числа регулируемых насосов на технологическом участке и скорости их вращения при ограничениях, накладываемых технологическим процессом и профилем трассы с учетом расстановки ВЧРП на трассе нефтепровода. В статье приводятся основные результаты исследований.

В соответствии с поставленными задачами был выполнен анализ режимов работы для одного из технологических участков Урало-сибирского магистрального нефтепровода. При этом рассмотрены задачи по выбору числа регулируемых насосов и скорости их вращения при ограничениях, накладываемых технологическим процессом и профилем трассы, а также расстановка ЧРЭП на трассе нефтепровода. Рассмотрены потери мощности, изменение коэффициентов полезного действия магистральных насосов и определение диапазонов частотного регулирования. Рассмотрена методика экономического сравнения частотного регулирования с другими способами регулирования режимов перекачки. Основные результаты, полученные при выполнении исследований, следующие.

При отсутствии ограничений по КПД и напорам наибольший диапазон регулирования частоты при частотно-регулируемом электроприводе МН определяется значением производительности нефтепровода при отключенном регулируемом насосе и коэффициентами напорной характеристики регулируемого насоса [2]. Установлено, что наибольший диапазон частотного регулирования без учета ограничений по КПД и напорам для исследуемого технологического участка находится в диапазоне от 1,7 до 3,3 в зависимости от режима его работы. Чем выше производительность трубопровода при отключенном регулируемом насосе, тем меньше требуемый диапазон регулирования. Так как производительность трубопровода растет с увеличением числа насосов, то с увеличением числа работающих насосов максимально возможный диапазон регулирования уменьшается.

Если ВЧРП используется не на всех МН технологического участка, то допустимый диапазон частотного регулирования определяется допустимым снижением КПД нерегулируемых насосов. Обусловлено это тем, что при снижении подачи при постоянной скорости вращения КПД нерегулируемых насосов быстро снижается. Если ВЧРП используется на всех МН технологического участка, то допустимый диапазон частотного регулирования определяется только параметрами напорной характеристики регулируемых насосов. В общем случае, диапазон частотного регулирования МН должен определяться с учетом ограничений по минимально допустимым подпорам, максимально допустимым напорам и максимально допустимым снижениям напора в перевальных точках. Без учета ограничений при однотипных магистральных насосах минимум затрат энергии на перекачку будет обеспечиваться при одинаковых частотах вращения роторов магистральных насосов на всех работающих насосных станциях [3].

Исследование потерь мощности и КПД синхронных двигателей (СД) типа СТД при частотном управлении показало, что в общем случае при снижении частоты питающего напряжения значение КПД электродвигателя снижается. Поэтому для выбора оптимального сочетания регулируемых параметров и получения максимального КПД целесообразно использовать оптимизационные алгоритмы, целевой функцией которых является сумма потерь мощности в электродвигателе и насосе с ограничениями по минимальной перегрузочной способности.

Для экономической оценки эффективности частотного регулирования целесообразно использовать метод эквивалентного КПД перекачки [4, 5]. Разработана методика анализа и выполнены расчеты для анализируемого технологического участка нефтепровода. Известно, что если подачу МН регулировать снижением частоты вращения, то максимальные значения КПД смещаются в область меньших подач. При этом должны снижаться потери мощности и электроэнергии в МН. Однако расчеты показали, что это справедливо не для всех режимов. Для ряда режимов эквивалентный КПД при частотном регулировании оказался ниже, чем при циклической перекачке. При этом экономический эффект при частотном регулировании может проявиться не для всего диапазона производительностей трубопровода.

Разработаны принципы определения минимального числа ВЧРП МН, которое необходимо для обеспечения заданных экономически выгодных режимов перекачки (по сравнению со способом циклической перекачки) по критерию эквивалентного КПД. Выполнен анализ режимов регулирования для конкретного технологического участка нефтепровода во всем диапазоне производительностей. Установлено, что не на всех НПС требуется устанавливать ВЧРП МН.

Разработана программа в математическом пакете Mathcad 14, позволяющая оптимизировать режим перекачки при ВЧРП МН [6]. Программа по критерию минимума суммарного потребления мощности или критерию максимального эквивалентного КПД определяет требуемое число регулируемых насосов и оптимальные скорости их вращения. Программа может быть использована как в режиме диспетчерского управления режимами перекачки, так и в автоматическом режиме – в режиме реального времени путем включения программы в состав системы управления ВЧРП.

¹При подготовке статьи использованы результаты исследований, выполненных при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ.

Литература:

1. Федотов А.Б., Токмаков Д.А., Левшин В.П., Шабанов В.А. Проект «Разработка и организация серийного производства ВЧРП» - Цель, назначение и основные ожидаемые результаты // электропривод, электротехнологии электрооборудование предприятий: сборник научных трудов III Всероссийской научно-технической конференции (с международным участием) / редкол.: В.А. Шабанов и др.– Уфа: ИД «Чурагул», 2011. – С. 3-10.

2 Шабанов В.А., Кабаргина О.В. Диапазон частотного регулирования электродвигателей магистральных насосов. Материалы 7-ой международной научно- практической конференции, «Achievement of high school», - 2011.Том 30. Технологии. София. «Бял ГРАД-БГ» ООД. – С. 53-57.

3 Гольянов А.И., Михайлов Д.А. О распределении напоров насосных перекачивающих станций, оборудованных насосными агрегатами с частотно регулируемым приводом//Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья, 2011, №1. С. 6-8.

4 Шабанов В.А., Кабаргина О.В. Методика оценки экономии электроэнергии при частотном регулировании по сравнению с режимом циклической перекачки. Электропривод, электротехнологии и электрооборудование предприятий: сборник научных трудов III Всероссийской научно-технической конференции (с международным участием) / редкол.: В.А. Шабанов и др.– Уфа: ИД «Чурагул», 2011.- С. 63-68.

5 Шабанов В.А., Кабаргина О.В., Павлова З.Х. Оценка эффективности частотного регулирования магистральных насосов по эквивалентному коэффициенту полезного действия// Электронный научный журнал "Нефтегазовое дело". 2011. No.6. - С. 24-29. URL:

http://www.ogbus.ru/authors/Shabanov/Shabanov_8.pdf

6 Минниахметов Р.У., Кабаргина О.В. Управление частотно-регулируемым электроприводом с целью оптимизации режимов работы нефтепровода//62-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых: сб. матер. Конф. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2011.- С.375.