В статье авторы проводят оценку эффективности работы магистральных насосов.
Ключевые слова: оценка, эффективность, насос.
Существует необходимость в изменении режимов перекачки нефти при эксплуатации магистральных нефтепроводов, это обуславливается такими факторами как:
– изменением характеристик нефти из-за воды, растворенного газа, парафина, изменения сезонной температуры;
– нестабильной нагрузкой нефтепровода из-за изменения работы потребителей и поставщиков нефти;
– проведением плановых или ремонтных работ, проводимыми из-за срабатывания системы защиты, повреждения линейной части МН.
Для достижения плавного регулирования режимов работы НПС используют следующие методы:
– Изменением числа работающих насосов;
– изменением схемы соединения насосов;
– изменением частоты вращения ротора насоса МНА
– изменением параметров рабочего колеса магистрального насосного агрегата (МНА)
– байпасированием соответствующих МНА (т. е. перепуском части потока рабочей жидкости из напорной линии во всасывающую линию);
– дросселированием потока нефти регулирующим органом (регулятором давления, регулирующей заслонкой, регулирующим клапаном, задвижкой) на выходе из насосной;
– использованием на одной НПС насосов с разными напорными
– характеристиками;
– применением противотурбулентных присадок.
Каждый из этих методов, в зависимости от поставленных конкретных задач, может использоваться и в сочетании с другими. Согласно уравнению баланса напоров, расход в нефтепроводе формируется сам собой таким образом, чтобы суммарный напор, который развивается всеми работающими насосами, был равен напору, необходимому для осуществления перекачки нефти.
Исходя из этого, изменение режимов достигается изменением напора и подачи насоса.
Существуют несколько способов регулирования, которые проанализируем ниже.
- Обточка рабочих колёс насосов по диаметру.
Для изменения характеристики насоса, довольно часто применяется способ изменения диаметра рабочего колеса насоса. Производится обточка внешнего колеса. Улучшенной версией данного метода является использование сменных роторов, которые рассчитаны на подачу меньше.
В зависимости от коэффициента быстроходности n s (число оборотов колеса, геометрически подобного данному, который при напоре 1м дает подачу 270 м 3 /ч) обрезку колес по наружному диаметру рекомендуется выполнять в следующих пределах:
– при 60 ≤ n s ≤ 120 допускается обрезка колес до 20 %;
– при 120 ≤ n s ≤ 200 — до 15 %;
– при n s = 200÷300 — до 10 %.
– При пересчете характеристик насоса с одного диаметра колеса на другой можно принимать, что КПД уменьшается на 1 % на каждые 10 % уменьшения диаметра рабочего колеса насосов, коэффициент быстроходности которых n s = 60÷120, и на 1 % на каждые 4 % обточки для насосов с n s = 200÷300.
– Способ регулирования за счет обрезки рабочего колеса насоса может быть эффективно использован при установившемся на длительное время режиме перекачки, поскольку в первоначальное состояние рабочее колеса вернуть нельзя.
- Обточка рабочих колёс насосов по лопаткам.
Данный метод осуществляется обточкой рабочего колеса по лопаткам. сущность метода в том, что происходит увеличение площади каналов рабочего колеса по периферии за счет обточки кромки рабочего колеса (смотри рис. 1).
Рис. 1. Схема подрезки рабочего колеса по лопаткам
Минусом метода является невозможность возвратиться к изначальному состоянию лопатки, следовательно, метод может применяться только при определенном режиме перекачки нефти.
- Использование системы автоматического регулирования давления
Автоматическая система регулирования давления (САРД) используется на нефтеперекачивающих станциях для безопасной работы трубопровода. Система САРД состоит из узла регулирования давления (УРД), который устанавливается на выходе из насосной станции. УРД активируется при минимальном значении давления на входе в насосную станцию и максимальном давлении при выходе с насосной станции.
Метод дросселирования избыточного нефтяного потока с помощью узлов регулирования давления приводит к увеличению энергозатрат, в ходе потери энергии напора, развиваемой насосным агрегатом. Часть напора теряется в регуляторе давления
- Использование двигателя с изменяемой частотой вращения
Методы дросселирования напора и вывод из работы насосов очень невыгодны в экономическом плане, из-за этого часто применяются методы изменения частоты вращения ротора насоса.
По сравнению с дросселированием ускоряется процесс регулирования, при изменении частоты вращения ротора насоса.
Характеристики насосов H-Q, η-Q, ∆hдоп-Q, снятые на воде, даются заводом-изготовителем и приводятся в паспорте насоса. Получить характеристику этого насоса при любой другой частоте вращения n 1 можно, используя следующие зависимости:
где Q — подача насоса при частоте вращения n;
H — напор насоса при частоте вращения n;
N — мощность насоса при частоте вращения n;
∆h — кавитационный запас насоса при частоте вращения n;
Q 1 — подача насоса при частоте вращения n 1 ;
H 1 — напор насоса при частоте вращения n 1 ;
N 1 — мощность насоса при частоте вращения n 1 ;
∆h 1 — кавитационный запас насоса при частоте вращения n 1 ;
Характеристики H-Q при заданной частоте вращения вала n, n1, n2 (кривые 1,2,3) строят по формуле, указанной выше. Пересечение этих кривых (точки Б, В) с кривой характеристики трубопровода 4 определяет новые режимы с соответствующими значениями подач и напоров.
Рисунок характеристики H-Q представлен ниже.
Рис. 2. H-Q характеристика
Плавность регулирования производительности перекачки — это основное достоинство данного метода.
Наиболее употребительными техническими вариантами регулирования частоты вращения ротора насоса являются следующие:
1) использовать двигатель с изменяемой частотой вращения;
2) применять специальные регулирующие муфты;
3) использовать ПЧ питающего переменного тока.
Исходя из вышеперечисленных методов изменения режима перекачки нефти, можно сделать вывод, что метод изменения частоты вращения двигателя является наиболее подходящим, так как при использовании данного метода сокращаются энергозатраты и увеличивается срок службы электродвигателя.
Литература:
- Эксплуатация механо-технологического оборудования: курс лекций/Земенков Ю. Д., С. Ю. Подорожников, В. В. Голик, М. Ю. Земенкова, С. М. Чекардовский, К. С. Воронин, В. А. Иванов, М. А. Александров, В. А. Петряков, Р. А. Мамадалиев. Тюмень, 2019.
- Энергомеханическое оборудование перекачивающих станций нефтепродуктопроводов: учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки специалистов 131000 «Нефтегазовое дело» / Ю. Д. Земенков [и др.]; под ред. Ю. Д. Земенкова; ТюмГНГУ. — Тюмень: ТюмГНГУ, 2014. — 404 с.
- Эксплуатация магистральных и технологических нефтегазопроводов. Объекты и режимы работы: учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки специалистов 130500 «Нефтегазовое дело» / В. О. Некрасов [и др.]; под общ. ред. Ю. Д. Земенкова; ТюмГНГУ. — Тюмень: ТюмГНГУ, 2014. — 282 с.
