Способы регулирования

Способы регулирования.

Ни один магистральный трубопровод не работает с одной и той же производительностью в течение года. Причинами, вынуждающими к работе с производитель­ностью, отличающейся от проектной, могут быть:

недостаточное количество перекачиваемой жидкости в резервуарах головной НПС или переполнение ре­зервуаров конечного пункта;

- ведение  ремонтных работ на трассе  трубопровода без остановки перекачки;

- организация  путевых сбросов и подкачек  перекачи­ваемой жидкости;

- остановка  промежуточной НПС;

- изменение  вязкости перекачиваемой жидкости.

Из курса гидромашин известно, что для регулирова­ния совместной работы НПС и трубопровода могут быть использованы 2 группы методов: а) воздействие на характеристику НПС; б) воздействие на характеристику трубопроводов.

К первой группе методов относятся: изменение коли­чества работающих насосов, изменение частоты вращения роторов, применение сменных роторов или обточки рабо­чих колес, ко второй - дросселирование, байпасирование, уменьшение гидравлического сопротивления трубопрово­дов (включением лупингов, введением в поток противо- турбулентных присадок или разбавителей и т.д.).

Характер изменения положения рабочей точки систе­мы «НПС - трубопровод» при использовании первой груп­пы методов регулирования представлен на рисунке ниже.

Совмещенная характеристика НПС и трубопровода при регулировании путем воздействия на характеристику станций

1 - характеристика  трубопровода; 2 - характеристика НПС  при трех работающих насосах (n=nном); 3 - характеристика НПС при трех  работающих насосах после регулирования: а - уменьшением частоты вращения  ротора (n<nном); б - применением сменных  роторов меньшего диаметра; 4 - характеристика  НПС при двух работающих насосах (n=nном); 5 - характеристика НПС при  одном работающем насосе (n=nном)

Пусть точка А - рабочая точка системы до регули­рования. Ей соответствуют напор НПС, равный НА, и подача QA. Если отключить один из последовательно включенных насосов, то рабочей станет точка А2 с па­раметрами НА2 и QA2. Отключив второй насос, рабочую точку системы можно перевести в точке A3 с парамет­рами НА3 и QA3. Нетрудно видеть, что справедливо не­равенство QA3 < QA2 < QA. Если требуется обеспечить подачу QA2 < QA1 < QA, то это можно сделать либо из­менением числа оборотов ротора но отношению к но­минальной величине (n<nном), либо заменой одного из насосов резервным, у которого наружный диаметр ротора меньше.

Характер изменения положения рабочей точки сис­темы «НПС - трубопровод» при использовании второй группы методов регулирования представлен на рисун­ках ниже.

На рисунке ниже показано, что обеспечить подачу НПС, равную QБ < QА, можно как дросселированием (сделав рабочей точку Б), так и байпасированием (рабочая точка - точка Б1)

Совмещенная характеристика НПС и трубопровода при регулировании дросселированием и байпасированием

1 - характеристика  трубопровода до регулирования; 2 - характеристика НПС при трех  работающих насосах (n=nном); 3 - характеристика  трубопровода при дросселировании; 4 - характеристика трубопровода  при байпасировании

На рисунке ниже показано, как изменяется положение рабочей точки системы «НПС - трубопровод» при умень­шении его гидравлического сопротивления.

Совмещенная характеристика НПС и трубопровода при регулировании уменьшением его гидравлического сопротивления

1 - характеристика  трубопровода до регулирования; 2 - характеристика НПС при трех  работающих насосах (n=nном); 3 - характеристика  трубопровода после регулирования  уменьшением его гидравлического  сопротивлени.

Наилучшими являются те методы регулирования сис­темы «НПС - трубопровод», которые исключают дополни­тельные затраты энергии сверх той, которая необходима для преодоления сопротивления трубопровода при задан­ной производительности. К ним относятся:

- изменение  частоты вращения роторов насосов;

- применение  сменных роторов;

- обточка  рабочих колес;

- изменение  количества работающих насосов.

Изменение частоты вращения роторов насосов дос­тигается применением электродвигателей с регулируемым числом оборотов.

Теоретические основы данного метода исходят из фор­мул гидродинамического подобия центробежных насосов:

Q1/Q2 = n1/n2; H1/H2 = (n1/n2)2

где Q1, Н1 - подача и напор насоса при числе оборотов ротора n1; Q2, Н2 - то же при числе оборотов ротора n2.

Объединив формулы, можем записать

H2 = H1·(Q2/Q1)2 = C·(Q2)2

В качестве привода с регулируемым числом оборотов могут использоваться:

тиристорные электроприводы переменного тока типа ПЧВН и ПЧВС на базе серийных синхронных элект­родвигателей;

то же типа ЭТВА на базе асинхронных электродвига­телей с короткозамкнутым ротором;

газовые турбины.

Их применение позволяет не только исключить пере­расход энергии на перекачку, но, кроме того:

снизить переменные нагрузки на трубопровод и за­порную арматуру (клапаны, заслонки, задвижки), а следовательно, увеличить срок их службы;

избежать в ряде случаев включения дополнительного насосного агрегата при необходимости увеличения производительности трубопровода (за счет увеличе­ния частоты вращения ротора работающих насосов).

В случае регулируемого электропривода к этим дос­тоинствам добавятся:

ограничение пусковых токов электродвигателей ве­личиной не более Iном (при нерегулируемом приводе они могут составлять до 7Iном);

исключение перегрузки питающих электросетей и трансформаторных подстанций в период пуска насос­ных агрегатов;

увеличение срока службы электродвигателей за счет снижения динамических нагрузок.

Производство электродвигателей с регулируемой час­тотой вращения освоено многими ведущими фирмами Европы, США и Японии. Основные области их примене­ния - насосы на тепловых электростанциях, в химиче­ской промышленности, в водоснабжении. В России, к со­жалению, производство надежных, экономичных и про­стых в обслуживании регулируемых электродвигателей пока не освоено.

Другим перспективным видом регулируемого приво­да являются газовые турбины. В обозримой перспективе прирост добычи нефти в нашей стране будет обеспечи­ваться за счет освоения новых месторождений Восточ­ной Сибири, Крайнего Севера, а также шельфа Северно­го Ледовитого и Тихого океанов. Электроснабжение в этих регионах развито недостаточно, но имеются значитель­ные ресурсы газа, который можно использовать в каче­стве энергоносителя.

За рубежом в качестве силового привода насосов ма­гистральных трубопроводов чаще всего используются газотурбинные двигатели (ГТД) со свободной турбиной, созданные на базе авиационных двигателей. Они отлича­ются малой массой, компактностью, простотой конструк­ции, обслуживания и ремонта, высокой надежностью, работоспособны в любых климатических условиях, име­ют высокий уровень автоматизации.

Насосные установки на базе ГТД малокапиталоемки, мобильны, легки в монтаже, могут поставляться в блоч­но-комплектном исполнении.

Использование газотурбинного привода позволило со­кратить сроки строительства и уменьшить эксплуатацион­ные затраты на Трансаляскинском и Трансканадском неф­тепроводах, где ГТД авиационного типа приспособлены для работы как на газообразном, так и на жидком топливе. Любопытно, что последнее получается из перекачиваемой нефти путем ее перегонки в автоматическом режиме.

В отечественном нефтепроводном транспорте газотур­бинные насосные установки ПГНУ-2 успешно использо­вались для увеличения производительности нефтепрово­да Салават - Орск. Газотурбинный привод имеют насосы ряда НПС на нефтепроводе Тенгиз - Новороссийск.

Применение сменных роторов. Согласно ГОСТ 12124 для работы на режимах, отличающихся от номинальных, магистральные нефтяные насосы снабжаются роторами, рассчитанными на подачи 0,5·Qном и 0,7·Qном. КПД насо­сов со сменными роторами несколько меньше, чем при номинальных режимах работы насоса с основным рото­ром, но выше, чем при применении основного ротора на малых подачах. Чтобы убедиться в этом, достаточно срав­нить величины КПД, приведенные в таблице ниже.