Технические науки/Энергетика

УДК 621.313.32

К.т.н. Шабанов В.А., аспирант Кабаргина О.В.

Уфимский государственный нефтяной технический университет

ДИАПАЗОН ЧАСТОТНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ НАСОСОВ¹

FREQUENCY RANGE OF REGULATION ELECTRIC DRIVE MAIN PUMP

V.A. Shabanov, O.V. Kabargina

Ufa state petroleum technological university

The article is devoted to range of frequency control of pumping units of main oil pipelines. The influence of the mode of the main oil pipeline and pressure characteristics of the controlled pumps are investigated. The formulas of the range speed in case one controlled pump at the technological area are given.

Keywords: frequency regulation, range of frequency control, electric drive main pump, pipeline.

Частотное регулирование скорости вращения электродвигателей магистральных насосов (МН) является одним из наиболее перспективных способов управления режимами перекачки нефти по трубопроводам [1, 2]. В статье исследуется влияние режима перекачки на диапазон частотного регулирования МН.

Диапазон частотного регулирования определяется производительностью трубопровода в двух предельных режимах: при номинальной частоте вращения регулируемого насоса (режим 1) и при отключенном насосе (режим 2) [3]. Рассмотрим предельные режимы перекачки на примере технологического участка с тремя нефтеперекачивающими станциями (НПС). На рисунке 1 приведены напорная характеристика НПС1 (кривая 1), суммарная напорная характеристика НПС1 и НПС2 (кривая 2), суммарная напорная характеристика всех трех НПС (кривая 3) и характеристика трубопровода (кривая 4). При номинальной частоте вращения производительность трубопровода определяется точкой пересечения характеристики трубопровода 4 и суммарной напорной характеристики 3 всех НПС. При этом производительность трубопровода в режиме 1 определяется координатой точки А и равна Q₁ = 1300 м³/ч. При выключенном МН на НПС3 производительность трубопровода определяется точкой пересечения характеристики трубопровода 4 и суммарной напорной характеристики 2 двух НПС. При этом производительность в режиме 2 определяется координатой точки Г и равна Q₂ = 1125 м³/ч.

Рисунок 1. Совмещенные характеристики

Найдем, какой диапазон частотного регулирования для этого потребуется. Это можно сделать графически и аналитически. При графическом способе строится семейство характеристик регулируемого насоса при разных частотах вращения (рисунок 2). При частотном регулировании уравнение напорной характеристики насоса имеет вид

(1)

где а, b – коэффициенты напорной характеристики регулируемого насоса; n – число оборотов ротора насоса; n_ном – номинальное число оборотов.

Напорные характеристики насоса НМ 1250-260 для скоростей вращения 3000, 2500, 2000 и 1250 об/мин приведены на рисунке 2.

Рисунок 2. Характеристика насоса при регулировании частоты вращения

Суммарная напорная характеристика трех НПС при одном регулируемом МН на НПС3 показана на рисунке 1 тонкими линиями 5, 6 и 7. При некоторой скорости вращения регулируемого МН суммарная напорная характеристика трех НПС пересечет характеристику нефтепровода в точке Г, подача в которой равна 1125 м³/ч. Эта скорость и будет нижней границей требуемого диапазона частотного регулирования МН.

При аналитическом способе для определения нижнего предела требуемого диапазона регулирования воспользуемся уравнением (2). Напор, развиваемый насосом на НПС3 в точке Г, равен нулю. Это равносильно выключению насоса из режима перекачки.

Подставим в уравнение (1) значение Н=0 и решим полученное уравнение относительно числа оборотов n. При этом уравнение для нижней границы диапазона регулирования будет

, (2)

где Q₂ – производительность трубопровода в режиме 2 при отключенном насосе на НПС3.

Из выражения (2) для наибольшего диапазона частотного регулирования D = (n_ном/n):1 находим

D=, (3)

где Q в метрах кубических в час; a - в метрах; b – в метрах/(метр кубический в час)².

Режим перекачки с производительностью Q₂ может оказаться либо недопустимым по давлениям в трубопроводе или подпорам на входах МН, либо не желательным из-за недопустимого снижения КПД нерегулируемых МН. Поэтому в реальных режимах перекачки в выражениях (2) и (3) будет использоваться расчетное значение производительности трубопровода Q, которое, в общем случае, будет меньше, чем Q_2. Таким образом, требуемый диапазон изменения скорости вращения МН при частотно-регулируемом электроприводе определяется параметрами регулируемого насоса и конечным (расчетным) режимом перекачки.

Оценим возможное значение диапазона регулирования при ограничениях по КПД нерегулируемых МН. При снижении подачи МН работают с высоким КПД при изменении подачи в пределах рабочей зоны (1,0-0,8)۰Q_ном., где Q_ном. – номинальная подача насоса. Подставляя в (3) минимально допустимую производительность трубопровода 0,8Q_ном, получаем

D=. (4)

В общем случае выражение (4) можно записать в виде

D=, (5)

где k_з – допустимый коэффициент нагрузки (по подаче) нерегулируемых насосов технологического участка.

Выражения (4) и (5) позволяют определить требуемый диапазон частотного регулирования МН только по паспортным данным нерегулируемых насосов технологического участка.

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

Литература:

1 Коршак А.А., Нечваль А.М. Трубопроводный транспорт нефти, нефтепродуктов и газа: учеб. для вузов – Уфа.: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2001. 571 с.

2 Шабанов В.А. Основы регулируемого электропривода основных механизмов бурения, добычи и транспорта нефти. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2009. – 156 с.

3 Шабанов В.А., Кабаргина О.В. Определение диапазонов регулирования скорости вращения магистральных насосных агрегатов// Электротехнические комплексы и системы: межвузовский науч. сб. – Уфа: УГАТУ, 2009. – С. 145 – 150.