Регулирование совместной работы трубопровода и насосных станций осуществляется следующими методами:
— изменением количества работающих насосов;
— применением сменных роторов или обточки рабочих колес;
— изменением частоты вращения вала насоса;
— байпасированием (перепуск части жидкости из напорной во всасывающую линию);
— применением противотурбулентных присадок.
Регулирование обточкой рабочих колес применяется при округлении числа насосных станций в большую сторону. Этот расчет произведен в предыдущем разделе дипломного проекта.
Регулирование работы нефтепровода изменением количества насосов, задействованных в перекачке, будет подробно описано ниже.
Исходные данные и условия расчета
В соответствии с «Нормами технологического проектирования» насосные станции (НС) целесообразно размещать вблизи населенных пунктов, источников энерго- и водоснабжения, существующей сети автомобильных и железных дорог. Определенные требования предъявляются и к площадкам НС (несущая способность грунта, расположение относительно водоемов, населенных пунктов и т.д.). Поэтому нередко при проектировании вместо расстановки НС на профиле трассы приходится решать обратную задачу: проверять соответствие напоров и подпоров станций их допустимым значениям, когда местоположение станций предопределено.
Закон Бернулли
Расчет нефтепроводов при заданном расположении НС выполняется и с целью выявления возможных режимов перекачки на действующем трубопроводе.
В данном случае 5 промежуточных насосных станций оборудованы основными насосами 24DVS-D с роторами диаметром 458 мм, а на головной насосной станции установлены магистральные агрегаты НМ 7000-210 (диаметр ротора 475 мм) и подпорные насосы НПВ 5000-120 (диаметр ротора 580 мм).
Сведения о нивелирных высотах мест расположения насосных станций и длине обслуживаемых ими участков таковы:
Принимаем требуемый напор на конечном пункте Нкп = 35 м.
Итак, целью данного раздела будет являться определение всех возможных режимов работы нефтепровода диаметром 1020 мм и протяженностью 509 км для перекачки нефти вязкостью 18,05·10 -6 м 2 /с и плотностью 871,2 кг/м 3 для выбора наиболее оптимальных из них.
Основные сведения о применяемых насосах
Для перекачки нефтей и нефтепродуктов, в основном, используются центробежные насосы. Их характеристики приводятся в специальных каталогах. Они представляет собой зависимость напора (Н), потребляемой мощности (N), КПД (з) и допустимого кавитационного запаса (ДhДОП) от подачи (Q) насоса.
Учитывая, что возможность пользоваться каталогами центробежных насосов имеется не всегда, удобно представлять их характеристики в аналитическом виде:
где Н, ДhДОП, з — напор, допустимый кавитационный запас и КПД насоса при подаче Q; Н0, а0, а, b0, b, с0, с1, с2 — эмпирические коэффициенты; Q* — безразмерная подача насоса, численно равная Q.
Инструкция-обзор по режимам песочной фильтрационной установки Intex
Параметры в формулах (5.1-5.3) имеют следующие размерности: [Н] = м; [з] = доли единицы; [ДhДОП] = м; [Q] = м 3 /ч.
Сведения о магистральных и подпорных агрегатах, имеющихся на перекачивающих станциях участка «Клин-Никольское» нефтепровода «Дружба-1», представлены в таблице 5.1.
Марка насосного агрегата
Источник: studentopedia.ru
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Режим перекачки должен устанавливаться так, чтобы все устройства нефтепровода или газопровода были использованы полностью; также должна быть предотвращена недопустимая перегрузка оборудования или трубопровода, могущая повести к авариям и нарушению бесперебойной перекачки. [1]
Режим перекачки должен устанавливаться таким образом, чтобы все устройства нефтепровода или газопровода были использованы полностью, а также должна быть предотвращена недопустимая перегрузка оборудования или трубопровода, могущая повести к авариям и нарушению бесперебойной перекачки. В соответствии с этим правильным режимом перекачки является такой режим работы перекачивающих станций, при котором обеспечивается максимальная производительность перекачка без недопустимой перегрузки оборудования и самого. [2]
Режим перекачки газожидкостной смеси , соответствующий скорости w ( M. [3]
Режим перекачки газожидкостной смеси , соответствующий скорости Юш min, можно назвать режимом перекачки при минимальных потерях давления. [4]
Режим перекачки газожидкостной смеси , соответствующий скорости WCM mhl, можно назвать режимом перекачки при минимальных потерях давления. Значительно больший интерес представляет режим с минимальным удельным расходом электроэнергии на перекачку — — min. [5]
Режим перекачки газожидкостной смеси , соответствующий: скорости № CMmin, можно назвать режимом перекачки при минимальных потерях давления. Значительно больший интерес пред-ставляет режим с — минимальным удельным. [7]
Если режим перекачки соответствует расчетному и можно ожидать, что распределение концентраций по длине зоны: смеси будет следовать формуле (7.27), концентрации отсечки головной и хвостовой частей смеси можно определить следующим способом. [8]
Смены режимов перекачки влияют также на надежность НПС, вызывая снижение надежности насосных агрегатов и приводных электродвигателей. [9]
Регулирование режима перекачки на магистральном трубопроводе, от которого идут трубопроводные отводы на попутные по трассе нефтебазы и наливные пункты, значительно сложнее, чем управление перекачкой по трубопроводу, на котором этих отводов не имеется. [10]
Нестационарность режимов перекачки может быть различной. Некоторые трубопроводы, спроектированные для перекачки заданного количества нефти, в первые годы эксплуатации в связи с отставанием развития месторождения работают при неполной загрузке, и по мере освоения месторождения их загрузка повышается. При кратковременных аварийных ситуациях ( от нескольких часов до нескольких суток) возникает нестационарность технологического режима другого типа. [11]
Регулирование режима перекачки изменением числа работающих агрегатов применяется при резком изменении производительности. Потребность в таком регулировании возникает только при неравномерном поступлении нефти на перекачку или в случае аварийной остановки части насосных агрегатов. [12]
Изучение режима перекачки нефтепровода Туймазы-Уфа — П показало, что среднее число перепадов давления с учетом остановок на путевую подкачку составляет 460 циклов в год. [13]
Управление режимом перекачки на участке магистрального трубопровода осуществляется диспетчером с районного диспетчерского пункта. Оперативный персонал на НПС выполняет все команды, отдаваемые диспетчером по технологическим переключениям на трубопроводе. Диспетчер, контролируя состояние технологических параметров, во всех точках участка трубопровода находит самые рациональные режимы перекачки. Сопоставляя объемы перекачиваемой нефти из резервуарного парка головной НПС и принимаемой нефти в резервуары конечных пунктов, диспетчер контролирует целостность трубопровода. По изменениям отдельных параметров он судит о тяжести аварийной ситуации и возможности ее устранения. [14]
Управление режимами перекачки в штатных ситуациях использует в основном средства, отнесенные к данному трубопроводу; согласование в масштабах сети обеспечивается распределением ремонтного времени по трубопроводам с учетом возможного обеспечения объема поставок, исходя из возможностей головных парков, парков поставщиков и потребителей. [15]
Источник: www.ngpedia.ru
По трассе при регулировании дросселированием на промежуточной НПС
С увеличением величины дросселируемого напора (потерь в БРД) hр значение hДР уменьшается. Полный коэффициент полезного действия насоса или НПС определяется произведением h=hн×hмех×hэл.дв×hДР.
Согласно [2] метод дросселирования уместно применять для насосов, имеющих пологую напорную характеристику, причём потери энергии на дросселирование не должны превышать 2% энергозатрат на перекачку. Наибольшее применение метод нашёл в САР промежуточных НПС, так как при перекрытии регулирующей заслонки напор перед станцией увеличивается, в результате чего улучшаются условия всасывания первого по потоку магистрального насоса.
Метод байпасирования (перепуска части жидкости во всасывающую линию насосов) применяется в основном на ГНПС. При открытии задвижки на обводной линии (байпасе) напорный трубопровод соединяется с всасывающим, что приводит к уменьшению сопротивления после насоса и рабочая точка перемещается из положения Р 1в Р 2 (рис. 5.18). Однако часть нефти, проходящей через насос, QБ=Q 3 -Q 2 не поступает в трубопровод, а идет через байпас во всасывающий трубопровод, при этом в магистраль поступает расход Q 2.
Коэффициент полезного действия байпасирования составляет
Метод регулирования байпасированием согласно [2] следует применять при крутопадающих характеристиках насосов. В этом случае он экономичнее дросселирования.
Рис. 5.18. Совмещённая характеристика МН и НПС и распределение напоров по трассе при регулировании байпассированием
Изменение частоты вращения вала насоса – прогрессивный и экономичный метод регулирования. Применение плавного регулирования частоты вращения роторов насосов на НПС магистральных нефтепроводов облегчает синхронизацию работы НПС, позволяет полностью исключить обточку рабочих колес, применение сменных роторов, а также избежать гидравлических ударов в нефтепроводе. При этом сокращается время запуска и остановки насосных агрегатов. Однако, в силу технических причин, этот способ регулирования пока не нашел широкого распространения.
Метод изменения частоты вращения также как и обточки рабочего колеса по наружному диаметру основан на теории подобия и для расчётов применимы зависимости аналогичные (5.77) и (5.78)
где nнов, Ннов, Qнов – новая частота вращения, напор и расход при новой частоте вращения;
nном – номинальная частота вращения.
Существуют три наиболее употребительных технических варианта регулирования частоты вращения ротора насосов:
1) использование двигателя с изменяемой частотой вращения;
2) использование специальных регулирующих муфт;
3) использование преобразователя частоты питающего переменного тока.
В качестве двигателей с изменяемой частотой вращения могут использоваться двигатели внутреннего сгорания (ДВС) и газотурбинные установки (ГТУ). ДВС в нашей стране использовались в качестве приводов насосов МН до 50-х годов. В отечественном нефтепроводном транспорте ГТУ ПГНУ-2 использовались для увеличения производительности нефтепровода Салават–Орск, эффективность их применения была также отмечена при перекачки по нефтепроводу Тенгиз–Новороссийск [29]. У ГТУ, предназначенных для предприятий нефтяной промышленности, конструкция топливной системы предусматривает работу на двух видах топлива – жидком (керосин; дизельное топливо; нефть, прошедшая подготовку) и газообразном (попутные и природные газы). В большинстве случаев насосы с приводом от ГТУ включаются по параллельной схеме.
Гидравлические муфты и электромагнитные муфты скольжения имеют практически одинаковые зависимости КПД от частоты вращения выходного вала. В настоящее время они используются в комплекте с электродвигателем и мультипликатором. Если КПД мультипликатора практически не изменяется в широком диапазоне нагрузки и частот вращения ( =0,98. 0,99), то КПД муфт прямо пропорционален относительной частоте (согласно [29] КПД гидромуфты ) в диапазоне от 0 до 0,7. 0,75 и отклоняется от прямой в сторону уменьшения при уменьшении скольжения s
В отечественной и мировой практике трубопроводного транспорта нашли применение как асинхронные (АД), так и синхронные (СД) электродвигатели самых разнообразных конструкций. Тенденция к экономии электроэнергии обусловила разработку высокооборотных электродвигателей с теристорными преобразователями частоты (ТПЧ). Исследования показали, что наиболее перспективными являются высокооборотные АД с ТПЧ. Подробный анализ и рекомендациями по использованию частотнорегулируемых приводов в нефтепроводном транспорте приводится в [29].
Несмотря на большое число публикаций, посвященных регулированию частоты вращения электродвигателей с применением ТПЧ, в технической и справочной литературе имеются лишь отрывочные сведения о КПД регулирующих устройств. Наиболее экономичным, с точки зрения общего КПД привода следует признать «теристорный двигатель» на базе синхронного электродвигателя с управлением первичной частотой. Учитывая монотонность кривых, можно представить зависимость общего КПД электродвигателя с ТПЧ от частоты вращения в виде
Следует отметить, что изменять частоту вращения в широких пределах нельзя, так как при этом существенно уменьшается КПД насосов. Следовательно, даже при использовании данного метода необходимо прибегать к изменению схемы включения насосов.
5.4.6 Группа методов, направленных на изменение характеристик ЛЧ
Ступенчатое регулирование харрактеристик ЛЧ – это вынужденная мера необходимая для отсечения отдельных участков с целью проведения на них ремонтных работ, при этом гидравлическая характеристикаа трубопровода становиться более крутой, что приводит к уменьшению производительности МН. Отключение отдельных участков ведёт к ступенчатому изменению производительности МН, которую можно определиьт решая систему (5.71).
Для плавного регулирования харакеристик в поток вводятся высокомолекулярные вещества – проивотурбулентные присадки.
Применение противотурбулентных присадок – эффективный метод уменьшения гидравлического сопротивления за счет гашения турбулентных пульсаций. Явление гашения турбулентности в результате введения в поток малых добавок растворов высокомолекулярных веществ (полимеров) объясняется тем, что длинные цепи молекул полимеров вытягиваются вдоль потока и препятствуют развитию поперечных колебаний. Этот эффек по имени его открывателя называется эффектом Томса.
Результаты лабораторных экспериментов и промышленных испытаний показали следующее [30]:
— высокомолекулярные присадки уменьшают гидравлическое сопротивление только при развитом турбулентном течении, так как эффект их применения основан на гашении турбулентных пульсаций;
— положительный эффект снижения гидравлического сопротивления растёт по мере увеличения числа Рейнольдса (увеличивается турбулентность) и молярной массы присадки (увеличивается длина молекул и следовательно увеличивается энергия которую присадка может аккумулировать в виде обратимых упругих дифформаций);
— имеется оптимальное значение концентрации присадки, при котором эффект уменьшения гидравлического сопротивления максимален;
— после прохождения через промышленные насосы в результате разрушения длинных цепей макромолекуд положительное действие присадки полностью прекращается;
— при введении жидкости в присадки, порявляющие неньютоновские свойства, их реологические параметры ухудшаются, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления и пусковых давлений.
Математически действие присадки можно описать при помощи универсального закона сопротивления [9, 30]
где А(θ) – числовой коэффициент, зависящий от концентрации θ (г/т) присадки в транспортируемой нефти. При отсутствии присадки, то есть при θ =0, А(θ) =28.
В результате обработки нефти противотурбулентной присадкой величина коэффициента A(θ) увеличивается. Зависимость A(θ) от концентрации присадки θ (в г/т) является эмпирической и задается либо таблично, либо в виде функции
где A 0, K 0 – эмпирические коэффициенты (см. табл. 5.6) [2, 27, 30].
Таблица 5.6
| Наименование присадки | Фирма/страна | A 0 | K 0 |
| CDR-102 | Dupon–Conoco/ США | 1,48 | 1,24 |
| NECCAD-547 | Neste/Финляндия | 0,407 | 1,29 |
Для того, чтобы увеличить производительность перекачки до плановой, необходимо, чтобы на части длины трубопровода коэффициент гидравлического сопротивления λп был уменьшен. Найдем его требуемую величину. Для этого запишем уравнение баланса напоров (3.46):
При перекачке нефти без присадки уравнение баланса напоров имеет вид (5.47), а его решение относительно расхода (5.57). При перекачки нефти нефти с противотурбулентной присадкой уранение баланса напоров будет иметь вид:
где lП – длина перегона, на котором осуществляется перекачка нефти с присадкой;
λ0 – коэффициент гидравлического сопротивления при пееркачке нефти с расходом Q0.
Зададимся числом c, равном отнеошению расходов после и до ввода присадки
Подставим (5.57) и (5.90) в (5.91), после несложных преобразований получим
Тогда выражая из (5.92) гидравлические потери получим
Требуемая величина коэффициента A(θ) при известном значении λп определяется из уравнения (5.87) следующим образом
По известной величине A (θ) из уравнения (5.88) можно найти искомую концентрацию присадки θ, обеспечивающую выполнение заданного объема перекачки. Если гидравлический режим течения соответствует квадратичному трению, то выражение (5.93) можно упростить с учётом того, что λ’ = λ.
5.4.7 Выбор рациональных режимов перекачки
Задача оптимального управления процессом перекачки сводится к определению режимов работы системы, минимизирующих стоимость израсходованной электроэнергии при обязательном выполнении плана приема и сдачи нефти за некоторый плановый период [2, 27, 28].
Режим работы МН – определенная комбинация одновременно включенных насосных агрегатов всех НПС, а программа перекачки за плановый период – совокупность некоторых режимов и времени работы на каждом из них. Таким образом, основным методом регулирования является изменение схемы включения насосов, при чём характеристики насосов могут быть различными за счёт использования сменных роторов или обточки рабочих колёс по наружному диаметру, а методы плавного регулирования используются для создания САР, при этом самым распространённым является метод дросселирования.
Для выбора рациональных режимов сперва необходимо определить все возможные режимы работы МН алгоритм расчета при этом следующий [2]:
1) задаваясь при помощи jij количеством и номерами работающих насосов на каждой НПС (последнее учитывает возможное различие диаметров их роторов) по формуле (5.57) или (5.63) и т.п. вычисляют производительность нефтепровода Q, при этом нужно учитывать, что:
— при одном и том же суммарном числе работающих на станциях насосов, количеств комбинаций их включения может быть несколько, при этом пропорционально общему числу насосов изменяется и производительность;
— при режимах, отвечающих условиям (5.52) и (5.53), либо на всех НПС работает одинаковое число насосов, либо большее число насосов включено на станциях, расположенных в начале МН, в связи с этим часть заведомо «не проходящих» режимов можно исключить из расчёта;
2) по формулам (5.50) и (5.51) рассчитывают подпоры на входе и напоры HПСj на выходе каждой станции;
3) проверяют выполнение условий (5.52) и (5.53): если они выполняются для каждой станции, то такая комбинация включения насосов возможна, в противном случае – нет, так как даже если и возможна перекачка на данном режиме с учётом действия САР, данный режим будет уступать по экономичности другим с близкими производительностями.
Критерием выбора оптимальных режимов из числа возможных является величина удельных энергозатрат на перекачку 1 тонны нефти EУД, вычисленная по формуле [1, 2, 18, 27]
где NП – мощность, потребляемая подпорными насосами;
NНМij – мощность, потребляемая j -м магистральным насосом на i -й НПС;
Q – производительность нефтепровода при выбранном числе насосов.
Потребляема насосами мощность определяется формулой (5.42).
Рассмотрим характер изменения удельных энергозатрат от производительности МН. Пусть задан плановый объем перекачки VПЛ в течение некоторого времени τПЛ. В течение этого времени средний расход нефти в трубопроводе должен составлять Qпл=Vпл / τпл. Выполнение заданного плана возможно при циклической перекачке на двух режимах, удовлетворяющих условию (5.79).
Время работы нефтепровода на двух дискретных режимах определяется уравнениями (5.80). Удельные затраты электроэнергии на перекачку в этом случае определяются выражением
Подставив в (5.80) уравнения (5.96) получим
В интервале расходов от QA до QB суммарные удельные энергозатраты, определяемые из выражения (5.97), изменяются по закону гиперболы (рис. 5.19а).
Найденные для всех возможных режимов работы нефтепровода величины EУД наносят на график в зависимости от Q, после чего через минимальные значения EУД при каждом расходе проводится огибающая линия. Узловыми точками этой линии является множество рациональных режимов эксплуатации (рис. 3.31).
Порядок поиска узловых точек и построения огибающей, приведенной на рис. 5.19б, следующий:
1) определяется производительность перекачки QА, соответствующая режиму с минимальными энергозатратами EУД min;
2) для каждого i -го режима перекачки, отвечающего условию Qi>QА, рассчитывается значение производной (тангенса угла наклона линии соединяющей i -ю точку с точкой А)
и находится ее минимальное значение. Режим, соответствующий минимальной производной и Qi=QB, будет оптимальным в интервале расходов QBC и является следующей узловой точкой огибающей линии, построенной по формуле (5.97);
3) далее новой нижней границей интервала расходов назначается значение QB, и процедура поиска следующей узловой точки производится аналогично, начиная со второго пункта.
Рис. 5.19. Определение границы области рациональных режимов:
а – зависимость удельных энергозатрат от расхода перекачиваемой нефти;
б – граница области рациональных режимов
Таким образом, из совокупности возможных режимов работы нефтепровода определяется ряд рациональных режимов, соответствующих узловым точкам огибающей линии 0 ABCDE (см. рис. 5.19б). С увеличением числа НПС и типов применяемых роторов магистральных насосов существенно возрастает и количество возможных режимов эксплуатации нефтепровода.
Перекачка нефти по трубопроводам осуществляется циклически с производительностями, величина которых определяется плановым заданием или ограничениями на работу нефтепроводов (например, необходимостью снижения давления в связи с ремонтом магистрали без остановки перекачки).
Порядок пользования графиком, приведенным на рис. 5.19б, следующий:
1) в соответствии с плановым заданием на перекачку VПЛ за время τПЛ вычисляют среднюю производительность нефтепровода в рассматриваемый период QПЛ=VПЛ / τПЛ ;
2) определяют ближайшие значения расходов, соответствующих узловым точкам огибающей линии и удовлетворяющие неравенству QAПЛB;
3) рассчитывают продолжительность работы нефтепровода в плановый период с данными производительностями по формулам (5.80).
Дата добавления: 2015-08-05 ; просмотров: 356 | Нарушение авторских прав
Читайте в этой же книге: Классификация условий строительства | Теплофизические характеристики грунтов | Теплофизическое влияние массива грунта на перекачиваемы продукт. Расчетная температура | Основные конструктивные параметры ЛЧ МН | Прочностной расчёт трубопровода по методу предельных состояниям | Деформируемость трубопровода | Гидравлический расчёт МН | Значения коэффициентов l, m, b для различных режимов и зон течения жидкости в трубопроводе круглого сечения | Технологический расчёт МН при стационарном режиме перекачки | Регулирование режимов работы МН и управление процессом перекачки |
| | | следующая страница ==> | |
| Классификация методов регулирования | | | Технологический расчёт МН при последовательной перекачке |
mybiblioteka.su — 2015-2023 год. (0.031 сек.)
Источник: mybiblioteka.su