3.8 Выбор рациональных режимов эксплуатации магистрального нефтепровода

Перекачивающие станции магистрального нефтепровода относятся к сложным и энергоемким объектам. Доля энергозатрат на перекачку составляет порядка 25...30% от годовых эксплуатационных расходов. При отсутствии перекачивающих агрегатов с регулируемой частотой вращения ротора насоса эксплуатация нефтепровода может происходить на различных режимах, смена которых происходит дискретно при изменении вариантов включения насосов и перекачивающих станций. При этом возникает задача выбора из ряда возможных режимов наиболее целесообразных, соответствующих наименьшим затратам электроэнергии на перекачку. В свою очередь, в зависимости от уровня текущей загрузки нефтепровода, из ряда рациональных режимов должны выбираться такие, которые обеспечивали бы выполнение планового объема перекачки за фондовое время.

Энергозатраты характеризуются величиной активной потребляемой мощности электродвигателя насоса, определяемой из соотношения:

, (3.8.1)

где ρ- расчетная плотность нефти;

g - ускорение свободного падения;

h - напор, развиваемый насосом при подаче Q;

- соответственно значения к. п. д. насоса, электродвигателя и механической передачи,

Значение к.п.д. насоса описывается полиномом:

(3.8.2)

где k₁, k₂, k₃ - коэффициенты аппроксимации, определяемые методом наименьших квадратов, и приведены в приложении 2, табл.2.1, табл. 2.2.

Коэффициент полезного действия электродвигателя определяется выражением:

(3.8.3)

где r₀, r₁, r₂ – эмпирические коэффициенты, определяемые методом наименьших квадратов по паспортным характеристикам электродвигателей насосов. В случае отсутствия данных принимаются по табл. 3.8.1

Таблица 3.8.1 Значения коэффициентов r₀ , r₁ , r₂

Тип электродвигателя	r0	r1	r2
Синхронный	0,89	0,114	-3,601х10-2
Асинхронный	0,452	0,987	-0,592

К_з - коэффициент загрузки электродвигателя, равный отношению мощности на валу электродвигателя N _э к его номинальной мощности N _эн

(3.8.4)

Для каждого из вариантов включения насосов на НПС определяется сумма потребляемой мощности для всех насосов, включенных в работу. В качестве критерия оценки эффективности режимов перекачки могут быть приняты удельные энергозатраты на 1 тонну нефти, определяемые по формуле:

(3.8.5)

При заданном плане перекачки V за плановое время Т расход нефти в трубопроводе должен составлять Q=V/T. Выполнение заданного плана возможно при циклической перекачке на двух режимах, удовлетворяющих условию:

Q₁ < Q < Q₂ (3.8.6)

где Q₁ и Q₂ - производительность трубопровода на первом и втором дискретных режимах.

Время работы нефтепровода на двух дискретных режимах определяется из решения системы уравнений:

. (3.8.7)

Откуда

, (3.8.8)

С учетом V=Q·T окончательно получим

, (3.8.9)

Удельные затраты электроэнергии в этом случае будут определятся уравнением

(3.8.10)

В интервале расходов от Q₁ до Q₂ суммарные удельные энергозатраты, определяемые из выражения (3.8.10), изменяются по закону гиперболы (рис. 3.8.1).

Рис. 3.8.1 Зависимость удельных энергозатрат от расхода перекачиваемой нефти

Задачей анализа расчетных режимов перекачки из множества возможных является поиск рациональных режимов, характеризующихся наименьшими энергозатратами. Очевидно, что такие режимы будут принадлежать кусочно-выпуклой линии, ограничивающей область возможных режимов, и являться ее узловыми точками (рис. 3.8.2).

Рис. 3.8.2 Определение границы области рациональных режимов

Левой границей кусочно-выпуклой линии будет режим, имеющий наименьшую величину удельных энергозатрат на перекачку. Значения остальных узловых режимов будут определяться из условия

. (3.8.11)

Таким образом, параметры циклической перекачки, отвечающие наименьшим энергозатратам, будут определяться из условия работы нефтепровода на двух ближайших узловых режимах, принадлежащих граничной линии. С увеличением числа НПС и типов применяемых роторов магистральных насосов существенно возрастает и количество возможных режимов эксплуатации нефтепровода. Поэтому поиск рациональных режимов необходимо выполнять на ЭВМ.