Электрооборудование нефтяной и газовой промышленности

На головных станциях устанавливают два (иногда три) под­ порных насоса, из которых один резервный. Подпорный насос должен обеспечивать подачу, равную подаче главного насоса, и создавать необходимое давление перед главным насосом (на­ пример, 0,28—0,9 МПа). На ранее построенных промежуточных НПС с промежуточными емкостями установлены один-два под­ порных насоса, без резерва. Мощность, необходимая для работы этих насосов, составляет 320—800 кВт.

Для привода центробежных насосов перекачивающих насос­ ных станций магистральных трубопроводов в настоящее время применяют электродвигатели.

Рис. 11.16. Упрощенная схема технологических трубопроводов головной на­ сосной станции

Технологическое оборудование насосных станций, кроме соб­ ственно насосных агрегатов, имеет систему трубопроводов пе­ рекачиваемой жидкости, масляную систему, системы вентиля­ ции электродвигателей, систему охлаждения масла, систему смазки уплотнений и сбора утечек перекачиваемой жидкости и др. Пуск и остановка двигателей привода насосов связаны с по­ ложением задвижек технологических коммуникаций.

Рассмотрим упрощенную схему (рис. 11.16) технологиче­ ских трубопроводов головной насосной нефтеперекачивающей станции с четырьмя главными и двумя подпорными насосами. Подпорные насосы 1 забирают нефть из резервуара 10 через фильтр 11 и подают ее на вход главных насосов 2. При помощи задвижек с электроприводом 3 и 4 можно обеспечить работу одного, двух, трех последовательно включенных главных насо­ сов. Обратные клапаны 6 предотвращают перетекание нефти из напорного трубопровода в подводящий на участке каждого насоса. Если в месте выхода вала из насоса применяется тор­

401

цовое уплотнение корпуса насоса, смазка уплотнений осуществ­ ляется очищенной нефтью, подаваемой по системе трубопрово­ дов (на рис. 11.16 не показана). Нефть, просачивающаяся через уплотнения, по трубопроводам утечек 5 отводится в сборный приямок 7, откуда попадает в резервуары — сборники утечек 8 и далее насосом 9 перекачивается в подводящий трубопровод.

Смазка подшипников главных и подпорных насосов и при­ водного электродвигателя осуществляется по циркуляционной системе под давлением. Забираемое из масляного бака масло прокачивается электрифицированными шестеренчатыми насо­ сами через фильтр и охладитель .и далее поступает в подшип­ ники, откуда самотеком проходит в масляный бак. Масло мо­ жет охлаждаться водой или нефтью.

Кроме основного технологического оборудования насосных станций, работа которого требует подвода электрической энер­ гии, существуют другие ее потребители: вспомогательные уст­ ройства самой насосной (вентиляция, освещение, котельная, механические мастерские и др.), водяные насосные производ­ ственного и питьевого водопроводов, насосы пожаротушения, потребители резервуарного парка и устройств налива (если та­ ковые имеются), коммунальные нужды жилого поселка и др. Мощность, необходимая для питания всех потребителей голов­ ной насосной станции, достигает 40 МВт и более.

§ 72. Электрический привод главных и подпорных насосов

При нормальных условиях эксплуатации в машинных залах насосных для перекачки нефти и нефтепродуктов не содержатся пары перекачиваемых жидкостей. Однако в аварийных ситуа­ циях или при возникновении неисправностей могут появиться пары нефти или нефтепродуктов. При этом помещение стано­ вится взрывоопасным. Обычно машинные залы перекачиваю­ щих насосных относятся к помещениям класса В-Ia, и устанав­ ливаемое здесь электрооборудование должно быть во взрыво­ защищенном исполнении.

Главные электродвигатели привода основных и подпорных насосов применяются как во взрывозащищенном, так и в нор­ мальном исполнении. В первом случае их устанавливают в од­ ном помещении с насосами, во втором — в помещении, отдален­ ном от помещения насосов перегородкой. В последнее время от­ дается предпочтение двигателям нормального исполнения. При их установке уменьшаются объем и площадь взрывоопасного помещения, улучшаются условия пожарной безопасности. Од­ нако при ремонте двигателей, связанном с необходимостью пайки и сварки, в случае установки двигателей в общем поме­ щении с насосами приходится отключать остальные агрегаты для предотвращения опасности взрыва, что вызывает остановку всей насосной станции.

402

Установка двигателей в отдельном помещении позволяет ремонтировать двигатель непосредственно на месте без отклю­ чения остальных агрегатов.

Для привода главных насосов на станциях, построенных до 1970 г., применены синхронные и короткозамкнутые асин­ хронные двигатели на 3000 синхронных об/мин. В последнее время стали шире применять синхронные двигатели.

Для установки вне помещения насосов применяются синхрон­ ные двигатели без взрывозащиты марки СТД (см. табл. 11.1). Для установки в одном помещении с насосами применяют взры­ возащищенные двигатели марки СТДП, выпускаемые, как и двигатели СТД, для мощностей от 630 до 12 500 кВт на напря­ жения 6—10 кВ с частотой вращения 3000 об/мин. Наиболее распространены в приводе насосов двигатели мощностью от 4000 до 8000 кВт (табл. 11.2).

Двигатели серии СТДП выполняют с одним свободным кон­ цом вала, с двумя стояковыми подшипниками скользящего тре­ ния, с принудительной смазкой под давлением от масляной системы насоса.

Взрывозащита обеспечивается продуванием воздуха под избыточным давлением. Воздух, охлаждающий двигатель и циркулирующий по замкнутому контуру, охлаждается, в свою очередь, водяными охладителями, установленными вдоль оси статора. Наружные щиты двигателя и возбудителя уплотнены изоляционным материалом, исключающим протекание подшип­ никовых токов и возникновение фрикционного искрения. Воз­ буждение двигателей осуществляется от бесщеточного возбуди­ тельного устройства серии БВУП.

403

Для привода главных насосов НПС, выпущенных до 1970 г.„ применяют асинхронные двигатели: серии АТД в нормальном исполнении и во взрывозащищенном (продуваемом под избы­ точным давлением). В частности, двигатель в нормальном ис­ полнении мощностью 4000 кВт характеризуется номинальным напряжением статора 6000 В, частотой вращения 2985 об/мин: КПД = 0,962; cos Ф = 0,91.

Этот двигатель имеет замкнутый цикл вентиляции с распо­ ложением водяных охладителей воздуха в яме фундамента.

Для привода подпорных насосов применяют синхронные и асинхронные электродвигатели мощностью до 1600 кВт с син­ хронной частотой вращения 1000—1500 об/мин. Например, для подпорных насосов подачей 2500 м3/ч применяют синхронные двигатели ДС-118/44-6 мощностью по 800 кВт и частотой вра­ щения 1000 об/мин.

Все сказанное об исполнении и установке двигателей при­ вода главных насосов относится и к двигателям подпорных на­ сосов, так как они отличаются от первых только по мощности и частоте вращения.

Для мощных синхронных двигателей привода насосов пре­ дусматривают обычно следующие виды электрических релейных защит: токовую отсечку без выдержки времени, срабатываю­ щую при коротких замыканиях; максимальную токовую от пе­ регрузок; дифференциальную токовую от внутренних повреж­ дений; защиту от минимального напряжения с выдержкой вре­ мени 5—10 с от снижения напряжения до уровня ниже 0,6 от номинального; токовую от однофазных замыканий на землю при силе тока замыкания на землю, превышающей 10 А; защиту от асинхронного режима, совмещаемую обычно с защитой от перегрузок.

Кроме того, в последнее время предусматриваются система автоматической частотной разгрузки питающей подстанции (АЧР). отключающая 50% двигателей при снижении частоты ниже 49 Гц, и защита двигателей от минимальной частоты. За­ щита от минимальной частоты срабатывает с большей выдерж­ кой времени, чем система АЧР, и отключает все синхронные двигатели.

Схемы управления и защиты синхронных двигателей марок СТД и СТДП для привода насосов в основном не отличается от описанной в § 67 для привода центробежных нагнетателей компрессорных станций (см. рис. 11.7). Здесь дополнительно рассматриваются принцип действия реле понижения частоты и

404

и RL, включаемые параллельно на напряжение сети Uc, частота которого контролируется. Контур LC содержит индуктивность обмотки 1, расположенной на ярме магнитопровода 3 реле, и последовательно включенную с ней емкость С. Ток этого кон­ тура создает магнитный поток Ф\. Контур RL образуется ин­ дуктивностью обмотки 2, расположенной на полюсах 4 реле, п последовательно включенным с ней активным сопротивлением R. Ток контура RL создает магнитный поток Ф2, сдвинутый

от напряжения Uc на угол срь а ток в контуре RL — на угол ф2_

Рис. 11.17. Схема устройства реле ИВЧ-3 (а) и схема АЧР (б)

Ротор 5 реле, выполненный в виде алюминиевого стакан­ чика, укрепленного на оси, располагается в воздушном зазоре между полюсами реле и цилиндрическим сердечником, набран­ ным, как и магнитопровод реле, из пластин электротехнической стали. На ротор действуют вращающий момент, пропорцио­ нальный sin (ф2 — фО, и противодействующий момент пру­ жины. При частоте напряжения Uc, превышающей частоту ус­ тавки, в реле создается тормозной момент, так как sin (фа—

—cpi) <0.

При понижении частоты индуктивное сопротивление обмоток реле уменьшается, а сопротивление емкости возрастает. Угол Ф1 уменьшается быстрее, чем угол ф2 , и становится меньше последнего. При этом момент на роторе реле становится поло­ жительным, направленным в сторону срабатывания реле. При некоторой частоте этот момент становится больше противодей­ ствующего момента пружины, что приводит к замыканию кон­ такта 6 реле.

405

Номинальное напряжение реле 100 В, номинальная частота 50 Гц, пределы регулирования уставки на частоту срабатывания 49—45 Гц. Реле снабжено одним замыкающим контактом.

Принцип работы системы АЧР поясняется схемой (рис. 11.17,6). При понижении частоты до 48—49 Гц срабаты­ вает реле частоты, через контакт которого подается напряжение на шинку ШАЧР. При этом срабатывает реле РП. Контакт по­ следнего замыкает цепь электромагнитного отключения ЭО привода выключателя ЛВ, отключая последний. По возвраще­ нии реле РП в исходное положение возбуждается контактор

От трансформатора

КТВ, получает питание электромагнит включения ЭВ привода выключателя Л В — и последний включается.

Таким образом, отключается линия при снижении частоты и автоматически повторно включается после восстановления нормальной частоты.

На рис. 11.18 показана схема защиты синхронных двигателей от понижения частоты и групповой форсировки возбуждения. Защита от понижения частоты осуществляется с помощью реле, которое при снижении частоты до 48—49 Гц своим замыкаю­ щим контактом включает обмотку реле времени РВ1. Через установленное время замыкаются контакты РВ1, в результате чего возбуждается реле РП1, контакт которого замыкает цепь электромагнита отключения ЭО выключателя ЛВ двигателя на­ соса. Групповая форсировка приводится в действие при замы­ кании контакта реле напряжения РФ, чем возбуждаются об­ мотка реле времени РВФ и обмотка промежуточного релеРПФ. Контакты последнего воздействуют на контакторы форсировки, установленные в цепях возбуждения двигателей. Реле РФ сра­ батывает при снижении напряжения на 15—20%, контакт реле времени РВФ по истечении некоторого времени замыкается и

406

шунтирует обмотку реле РПФ, чем достигается прекращение форсировки при длительных снижениях напряжения.

Мощные асинхронные двигатели снабжают защитами: токо­ вой отсечки без выдержки времени, срабатывающей при корот­ ких замыканиях; максимальной токовой от перегрузок; токовой от однофазных замыканий на землю при силе тока замыкания на землю, превышающей 10 А; минимального напряжения от снижения напряжения до уровня ниже 0,6 номинального; дифференциальной токовой от внутренних повреждений.

Кроме электрических защит приводного электродвигателя главного насоса, вызывающих отключение двигателя и оста­ новку насосного агрегата, предусматривается аварийная оста­ новка при следующих неисправностях и нарушениях нормаль­ ного режима работы технологического оборудования:

повышении температуры подшипников насоса, электродви­ гателя, уплотнений насоса (от сигнализаторов температуры); уменьшении давления в системах подачи смазки и уплотни­ тельной жидкости (от электроконтактных манометров, установ­ ленных на входе в агрегат, отключающих его с выдержкой вре­ мени, предотвращающей «ложные» отключения при автомати­ ческом включении резервных насосов в системе смазки или по­

дачи уплотнительной жидкости); нарушении герметичности уплотнения вала насоса (от сиг­

нализатора расхода, устанавливаемого на трубопроводе отвода утечек, срабатывающего при резком увеличении расхода);

резком ухудшении или прекращении действия системы воз­ душного охлаждения электродвигателя (от сигнализаторов дав­ ления, установленных в воздуховоде, и сигнализатора темпера­ туры, установленного на выходе воздуха из двигателя);

снижении давления всасывания на насосе до минимально допустимого значения, при котором возникает кавитация (от электроконтактного манометра, установленного на всасыва­ ющем патрубке насоса, отключающего агрегат с выдержкой времени, исключающей работу схемы при кратковременных

агрегат с выдержкой времени, исключающей ложные выклю­ чения при раскручивании агрегата).

Электродвигатели подпорных насосов, обладающие значи­ тельно меньшей мощностью, чем двигатели основных насо­ сов, могут иметь несколько упрощенные схемы электрической защиты. В частности, могут отсутствовать схемы защиты от

407

подачи уплотнительной жидкости, воздушного охлаждения двигателей, что часто встречается, то исключаются и соответ­ ствующие элементы технологических защит. Отсутствуют за­ щиты, действующие по параметрам давления перекачиваемой жидкости.

На современных нефтеперекачивающих насосных станциях управление основными («магистральными») насосными агре­ гатами осуществляется по следующим схемам;

пуск и остановка в автоматическом режиме по заданной программе при закрытой напорной задвижке при получении команды с местного диспетчерского пункта (МДП) или район­ ного диспетчерского пункта (РДП);

раздельное дистанционное управление отдельными элемен­ тами агрегата с МДП;

управление отдельными элементами агрегата вручную не­ посредственно на месте их установки.

При программном управлении может быть предусмотрено автоматическое включение резервного агрегата, замещающего отключенный защитой или невключающийся основной агрегат.

При подключении к магистрали насосной станции, если она автоматизирована, автоматически устанавливается постоянная циркуляция масла и уплотнительной жидкости через все агре­ гаты.

Вентили трубопроводов утечки и вспомогательных трубо­ проводов открыты. В этих условиях при получении командного импульса на включение двигателя пуск насоса осуществляется в такой последовательности:

включается двигатель вентилятора обдува основного элек­ тродвигателя (продувка чистым воздухом), в корпусе кото­ рого создается избыточное давление;

при установлении определенного давления в корпусе ос­ новного электродвигателя смонтированные здесь же сигнали­ заторы давления при нормальном давлении в системах смазки и уплотнительной жидкости воздействуют на цепи управления электрифицированной задвижкой на всасывании агрегата (см. рис. 11. 16,4), открывая ее;

после открытия задвижки 4 конечный выключатель ее за­ мыкает цепь включения главного электродвигателя насоса, со­ держащую контакт манометра, позволяющий осуществить пуск

рис. 11.16), которая, открываясь, своим конечным выключа­

могут осуществляться из МДП последовательным воздей­ ствием на ключи управления элементами насосного агрегата.

408

§ 73. Вспомогательное электрооборудование нефтеперекачивающих насосных станций

Как и для вспомогательного электрооборудования КС ма­ гистральных газопроводов (см. § 68), для привода вспомога­ тельных установок НПС и общестанционных устройств при­ меняют короткозамкнутые асинхронные продуваемые двига­ тели серий А, А2, А02, АОЛ, а также взрывонепроницаемые — все на напряжение 380/220 В. Назначение и технические дан­ ные основных элементов вспомогательного электрооборудова­ ния характеризуются следующим.

6)для привода восемь задвижек — восемь взрывозащи­ щенных электродвигателей мощностью по 7 кВт (на головных насосных);

7)в камере регуляторов — шесть взрывозащищенных элек­

тродвигателей для привода задвижек по 7 кВт; 8) для привода задвижки на линии разгрузки нефти у на­

зале основных электродвигателей — два двигателя привода: вентилятора по 2,2 кВт.

Один из двух двигателей, указанных в п. 1, 2, 4, 5, 9, 10,— резервный.

Кроме того, некоторые электрифицированные установки на головных насосных станциях предназначены для обслужива­ ния резервуарного парка. Имеются потребители, не связанные непосредственно с обеспечением работы основных насосных агрегатов (механические мастерские, гаражи, бытовое водо­ снабжение, жилой поселок и др.).

Ответственные потребители (двигатели приточных, вытяж­ ных и подпорных вентиляторов, компрессоров, масло- и водонасосов, погружных насосов откачки утечек), питаемые при

409’

напряжении 380 В, имеют самозапуск при появлении напря­ жения сразу же за его кратковременным исчезновением.

§ 74. Устройства электроснабжения насосных перекачивающих станций, блочные подстанции

Мощность, необходимая для питания потребителей совре­ менных головных НПС магистральных трубопроводов, дости­ гает 40—60 МВт.

Промежуточные станции имеют меньшую установленную мощность потребителей электроэнергии. На этих станциях от­ сутствуют подпорная насосная, ремонтно-эксплуатационный блок, резервуарный парк, меньше число электрозадвижек.

Питание потребителей НПС обычно обеспечивается спе­ циальной понизительной подстанцией, сооружаемой вблизи насосной станции и получающей электроэнергию от энергоси­ стемы при напряжении 110, 220 кВт или реже 35 кВ. Воз­ можно питание насосных при напряжении 6—10 кВ, если на­ сосные расположены в непосредственной близости от район­ ных подстанций энергосистемы.

Основные положения, касающиеся схем питания понизи­

магистральных трубопроводов с учетом того, что мощность последних меньше. Система внешнего электроснабжения имеет линии электропередачи 35, ПО или 220 кВ, силовые трансформаторы на 35, ПО, 220/6(10) кВ и открытое распре­ делительное устройство на 35—220 кВ. На территории пло­ щадки НПС электроэнергия от главной понизительной под­ станции (ГПП) распределяется при напряжении 6 (10) кВ. К внутриплощадочным закрытым распределительным устрой­ ствам 6(10) кВ от ГПП подводятся кабели или токопроводы по радиальной схеме. Напряжение 6 кВ применено на ранее построенных НПС и допускается применять на реконструируе­ мых. На вновь строящихся НПС следует применять напря­ жение 10 кВ. При размещении на общей площадке несколь­ ких НПС разных нефтепроводов для НПС каждого нефте­ провода следует предусматривать отдельное распределитель­ ное устройство на 6(10) кВ.

Головные НПС, относящиеся по требующейся надежности питания к потребителям 1-й категории, питаются по двум ли­ ниям передачи 35—220 кВ от двух независимых источников питания, причем провода этих линий подвешиваются на от­ дельных опорах.

Электроснабжение промежуточных НПС допускается осу­ ществлять от одного источника при помощи двух линий пере­ дачи, выполненных на отдельных опорах.

В тех случаях, когда электроснабжение НПС осуществля­ ется от районных подстанций энергосистемы 110/35/10 или

410