nechetnye

1 Описание технологического процесса

1.2 Технология перекачки нефти

1.1.1 Основные объекты и сооружения магистрального нефтепровода. Магистральные нефтепроводы предназначены для транспорта нефти из

районов ее добычи в морские, речные, железнодорожные пункты налива и на нефтеперерабатывающие заводы, а магистральные нефтепродуктопроводы - для транспорта нефтепродуктов из районов их производства до наливных станций или баз, расположенных в местах потребления. На магистральных нефте- и нефтепродуктопроводах строят насосные перекачивающие станции (НПС) двух видов: головные и промежуточные.

Магистральный нефтепровод в общем случае состоит из следующих комплексов сооружений:

-подводящие трубопроводы;

-головная и промежуточные НПС;

-конечный пункт;

-линейные сооружения.

Головные станции располагаются в начале трубопровода и служат для перекачки нефти или нефтепродуктов из резервуарных парков в магистральный трубопровод. Промежуточные станции предназначены для повышения давления перекачиваемых продуктов в магистральном трубопроводе.

В соответствии с назначением указанных станций в состав сооружений головной НПС всегда входят резервуарный парк и подпорная насосная станция, совмещенная с основной насосной или расположенная в отдельном здании. Подпорная насосная служит для подачи жидкости на вход основных насосов, так как при откачке из безнапорных резервуаров основные насосы не могут работать без предварительного создания давления жидкости на их входе. На некоторых трубопроводах, находящихся в эксплуатации, промежуточные насосные станции также имеют емкости для нефти или нефтепродуктов и ведут

11

1 - магистральный нефтепровод диаметром 720-1420 мм; 2 - устройство приема и пуска скребка; 3 - площадка фильтров-грязеуловителей; 4 - площадка с предохранительными устройствами; 5 - подпорная насосная; 6 - резервуарный парк; 7 - помещение счетчиков; 8 - перекачивающая насосная; 9 - помещение регулирующей аппаратуры Рисунок 1.2- Технологическая схема нефтеперекачивающей насосной станции

На НПС в качестве основных используются центробежные насосы с подачей от 360 до 10 000 м3/ч с напором 210-260 м, а в качестве подпорных - насосы с подачей 360-5000 м3/ч с напором 28-90 м.

На станциях с резервуарным парком устанавливают два (иногда три) подпорных насоса, один из них резервный. Подпорный насос должен обеспечивать подачу, равную подаче главного насоса, и создавать необходимое давление перед главным насосом. На ранее построенных промежуточных НПС с промежуточными емкостями установлены один-два подпорных насоса без резерва.

В состав технологической схемы ЛПДС “Черкассы” входит основное и вспомогательное оборудование:

-камеры пуска приема средств очистки и диагностики;

-камера фильтров грязеуловителей;

-насосная станция;

13

На эксплуатационном участке «Черкассы-Салават» содержатся следующие линейные сооружения:

-линейные задвижки;

-пункты контроля и управления линейными задвижками в режиме телемеханики (ПКУ);

-параметрическая система обнаружения утечек (ПСОУ);

-контрольно – измерительные пункты (КИП);

-камеры приема и пуска средств очистки и диагностики (КП СОД);

-линия электропередач ВЛ-6кВ;

-защитные сооружения;

-амбары;

-переходы через автомобильные дороги II-III категорий;

-переходы через железнодорожные дороги;

-вдольтрассовые дороги;

-опознавательные знаки и аншлаги;

-станции электрохимзащиты: станции катодной и дренажной защит;

-кабель связи.

На ЛПДС «Чекассы» предусмотрено:

-централизованное управление за всеми устройствами из помещения операторной;

-автоматическая защита насосной по общестанционным параметрам;

-автоматическое управление вспомогательными системами.

1.1.2 Принцип работы центробежного насоса.

В центробежных насосах (рисунок 1.3) жидкость движется в осевом направлении от всасывающего патрубка к центральной части рабочего колеса. В рабочем колесе поток жидкости поворачивается на 90° и симметрично относительно оси вращения растекается по каналам вращающегося колеса 1, образованным стенками переднего и заднего дисков 10 и рабочими лопастями 2. Рабочие лопасти передают жидкости энергию привода насоса. Статическое давление в ней и ее скорость возрастают. Из рабочего колеса 1

15

Рисунок 1.4 Магистральный насосный агрегат 1.1.3 Особенности характеристик насосов.

Механизмы с характеристикой вентиляторного типа (ТМ) объединяют три крупных класса механизмов: центробежные насосы, вентиляторы и турбокомпрессоры. Их мощность лежит в широких пределах - от единиц до десятков тысяч кВт. Насос машина для создания потока жидкой среды, превращающая механическую энергию, подводимую от приводного двигателя, в потенциальную, кинетическую и тепловую энергию потока жидкости.

Турбомеханизмы получили чрезвычайно широкое распространение. Ниже приведены лишь основные сферы их применения:

-в теплоэнергетических установках для питания котлов, подачи конденсата в системе регенеративного подогрева питательной воды, циркуляционной воды в конденсаторы турбин, сетевой воды в системах теплофикации;

-на ТЭС в системах гидрозолоудаления;

-на АЭС в технологическом цикле;

-в промышленности в системах хозяйственного и технического водоснабжения, для подачи различных растворов и реагентов в технологических схемах производств;

17

3

QA Q

Рисунок 1.5 Идеализированные характеристики ТМ и сети

Существуют следующие разновидности центробежных насосов:

-насосы коммунального и промышленного водоснабжения;

-насосы погружные для подачи воды и нефти из скважин;

-насосы циркуляционные;

-насосы питательные;

-насосы водоотлива;

-насосы для транспортирования нефти, угля и других продуктов. Работа насосов характеризуется следующими особенностями:

-большинство насосов работает на противодавление;

-статический напор в сети составляет не менее 20% полного напора (исключение - циркуляционные насосы);

-в среднем диапазон регулирования частоты этих механизмов находится в пределах от 1,0 до 0,7 от номинального значения, однако, в зависимости от технологических требований пределы регулирования могут быть самыми разными;

-время пуска насосов не лимитировано, при этом главные критерии

пускового режима - ограничение динамических моментов, пусковых токов и

снижение вероятности гидравлических ударов;

19

Соединение насосов с электродвигателем - без промежуточного вала с помощью зубчатых муфт. Конструкция насосов позволяет производить их сборку или разборку без демонтажа трубопроводов

1.1.4 Системы перекачки нефти.

В зависимости от того, как организовано прохождение нефти через НПС различают следующие системы перекачки:

-постанционная;

-через резервуар станции;

-с подключенными резервуарами;

-из насоса в насос.

Перекачивающая станция ЛПДС “Чекассы” позволяет осуществлять следующие системы перекачки:

-перекачку нефти по схеме «из насоса в насос»;

-перекачку нефти по магистральному нефтепроводу мимо станции;

-перекачку нефти по магистральному нефтепроводу с

подключенными резервуарами; На рисунке 1.6 приведены схемы перекачки с подключенными

резервуарами и из насоса в насос.

а – с подключенными резервуарами; б – из насоса в насос; I - предыдущая НПС; II - последующая НПС.

Рисунок 1.6 – Системы перекачки При использовании системы перекачки «с подключенными

резервуарами» (рисунок 1.6, а), резервуары обеспечивают возможность перекачки на смежных перегонах с разными расходами. Основная масса нефти проходит, минуя резервуары, и потери от испарения невелики.

21

Некоторые из этих факторов действуют систематически, некоторые – периодически. Все это создает условия, при которых режимы работы системы «НПС – трубопровод» непрерывно изменяются во времени.

1.2.2 Анализ режимов работы трубопровода.

Для анализа технологических режимом выбран эксплуатационный участок «Черкассы-Салават», который включает в себя три нефтеперекачивающие станции: ЛПДС «Черкассы», НПС «Нурлино», ЛПДС «Языково», конечным пунктом является НПЗ «Салаватнефтеоргсинтез». Перекачка в зависимости от технологических режимов ведется трем трубопроводом: ТОН-1, ТОН-2, КЯС, диаметром 700 мм.

Из карт технологических режимов эксплуатационного участка «Черкассы-Салават» (приложение А) для анализа были выбраны три основных режима на 2008г (для нефти плотностью 871 кг/м3):

Режим1- в работе находится один магистральный насос (НМ1250-260) и один подпорный насос (14НДсН). Расход при данном режиме 16,7 тыс.т/сут;

Режим2- в работе находится два магистральных насоса и один подпорный. Расход 21,2 тыс.т/сут.

Режим3 (01(Нур))- в работе находится один магистральный и один подпорный насос. Расход 28 тыс.т/сут.

В соответствии с геодезическими отметками местности по которой пролегает трубопровод построен профиль трассы, приведенный на рисунке 1.7

23

Рисунок 1.9 Гидравлический уклон для режима 2

25

2 Анализ и обоснование выбора преобразователя частоты

2.1 Обоснование выбора регулируемого электропривода.

На ЛПДС «Черкассы» регулирование режимов работы нефтепровода осуществляется дросселированием потока в напорной линии. При таком методе регулирования существует ряд проблем, решить которые возможно использованием более эффективного способа регулирования, а именно изменением частоты вращения ротора насоса, реализовать который возможно при внедрении частотно-регулируемого электропривода. Его использование обеспечит:

-значительную экономию электроэнергии;

-снижение износа запорной арматуры, т.к. большую часть времени задвижки полностью открыты;

-снижение утечек, если возможно устранить управляющие задвижки и связанные с ними трубы;

-снижение износа подшипников двигателя и насоса, а также крыльчатки за счет плавного изменения числа оборотов, отсутствия больших пусковых токов;

-уменьшение опасности аварий за счет исключения гидравлических

ударов;

-упрощение дальнейшей комплекснй автоматизации объектов системы нефтепровода.

2.1.1Анализ современных, перспективных технологий в области полупроводниковых преобразователей частоты.

Современное состояние частотно-регулируемых электроприводов, в частности, выполнение их силовой основы – полупроводниковых преобразователей частоты, а также средств управления и регулирования позволяет заменить нерегулируемые электроприводы турбомашин большой мощности на регулируемые.

27

выпрямитель - инвертор. Эта схема лишена недостатков, присущих ПЧ с непосредственной связью, более проста и экономична, чем аналогичные схемы ПЧ с искусственной коммутацией, и благодаря этому нашла широкое применение в частотно-регулируемом электроприводе.

Исследованиями [23] установлена целесообразность регулирования частоты вращения синхронных двигателей путем изменения частоты питающего напряжения с помощью статического полупроводникового преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока. В зависимом инверторе переключение вентилей обеспечивается ЭДС приводного синхронного двигателя, вследствие чего отпадает необходимость в установке громоздких конденсаторов, которые необходимы при применении автономного инвертора.

2.1.2 Анализ способов управления скоростью двигателя.

Управление скоростью двигателя с помощью ПЧ осуществляется воздействием по двум каналам путем изменения частоты и напряжения. Последнее в ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока возможно двумя способами:

-изменением значения напряжения в звене постоянного тока, например, с помощью тиристорного выпрямителя, если установить его вместо диодного моста (амплитудно-импульсная модуляция);

-широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) выпрямленного напряжения с помощью ключей инвертора.

Управление с помощью ШИМ выпрямленного напряжения звена постоянного тока имеет ряд преимуществ:

-масса и габариты элементов силового фильтра минимальны. По сравнению с АИМ уменьшение массы дросселя возможно почти на порядок, а емкости конденсаторов - в два раза.

-коэффициент мощности ПЧ с ШИМ всегда максимальный и близок к единице во всем диапазоне изменения частоты. В ПЧ с АИМ, если для регулирования напряжения на выходе звена постоянного тока используются тиристорный выпрямитель, коэффициент мощности снижается с уменьшением частоты инвертора.

29