11. Математическая модель системы газотурбинный привод -насосная станция – нефтепровод

Применение газотурбинного привода насосов позволяет осуществлять регулирование режима перекачки путем изменения частоты вращения ротора насоса и вносит дополнительный параметр в управление нефтепроводом. В этой связи управление нефтепроводом немыслимо без широкого внедрения АСУ, требующих наличия разработанных алгоритмов, которые должны базироваться на принципах математического моделирования и идентификации системы нефтепровод — насос — газотурбинный привод, как единого энергетического комплекса.

Составим математическую модель, которая при определенных факторах входной информации будет представлять соответствующий уровень системы. Использование модели при решении различных задач позволит принятию наиболее эффективных технических решений и оперативно воздействовать на режимы совместной работы нефтепровода, насоса и газотурбинного привода.

Модель позволяет выполнить исследование режимов совместной работы нефтепровода, насоса и привода, осуществить рациональный подбор типоразмеров оборудования и определить взаимосвязанные конструктивные параметры установки и трубопровода. Такая модель будет основой решения всевозможных технологических задач проектирования и эксплуатации объекта с целью оптимизации его работы. В зависимости от поставленного вопроса ход решения и программа его реализации будут видоизменяться, а граничные условия должны отражать специфику задачи и свести к минимуму число возможных решений.

Одним из основных элементов структурной схемы, характеризующих особенность указанной модели, является газотурбинный привод на базе двухвального двигателя со свободной силовой турбиной. Эффективность его работы зависит от сочетания уровней, на которых находятся факторы, воздействующие на состояние объекта. Требуемыми для выполнения задания на перекачку параметрами являются мощность и частота вращения ротора свободной турбины, а фактором, при помощи которого управляется объект, является расход топлива. Целью решения задачи при оптимизации режима работы привода в составе установки является обеспечение такого соотношения между мощностью и частотой вращения для данных насоса и нефтепровода, чтобы расход топлива был минимальным. Это достигается установлением определенного соотношения между пн и требуемым объемом перекачки, согласованием частоты вращения ротора свободной турбины и ротора насоса при помощи редуктора, который на рис. 14.3 выделен отдельным элементом.

Оптимальное соотношение между GT; N и пст можно также установить за счет совместного влияния редуктора, насоса и нефтепровода на режим работы привода.

Эффективность системы во многом определяется насосом, тип, характеристика и рабочее состояние которого влияют на количественную оценку затрат энергии для перекачки нефти.

Изменение параметров и рабочего состояния любого элемента, показанного на структурной схеме, влечет за собой изменение степени совершенства превращения энергии и ее перераспределение между объектами системы.

Так как каждый из элементов структурной схемы имеет управляемые факторы, то при рассмотрении всей системы имеются большие возможности в таком изменении их уровня, чтобы технические решения обладали наибольшей эффективностью. Для решения таких задач составим математическую модель системы газотурбинный привод – насосная станция -участок нефтепровода.