2.2. Минимизация затрат электроэнергии на компаундирование дизельных топлив

2.2.1. Требования к энергетическому оборудованию на компаундирование дизельных топлив.

Основным видом технологического оборудования для компаундирования дизельных топлив являются центробежные насосы, обеспечивающие подачу нефтепродуктов к узлу смешения. При выборе методов и средств управления технологическим оборудованием учтено, что одним из современных средств повышения эффективности технологических процессов является частотно-регулируемый асинхронный электропривод. Основные преимущества его внедрения состоят в следующем:

• обеспечение оптимальных режимов работы технологического оборудования и существенная экономия потребляемой электроэнергии за счет регулирования в широком диапазоне и с высокой точностью частоты вращения, момента на валу и потребляемой электродвигателем мощности;

• широкое распространение в технологических установках асинхронных электродвигателей и отсутствие необходимости их замены на электродвигатели специального исполнения при работе от современных преобразователей частоты;

• отсутствие необходимости применения внешних датчиков тока, потока, напряжения, частоты вращения и положения ротора;

• простота регулирования технологических параметров путем организации соответствующих обратных связей и использования вычислительных ресурсов преобразователей частоты;

• возможность организации взаимосвязи частотно-регулируемых электроприводов с внешними компьютерными сетями;

• повышение надежности и срока службы асинхронных двигателей, приводных механизмов и деталей трубопроводов за счет «мягкого» пуска;

• повышение качества электроэнергии путем исключения провалов напряжения при пуске двигателей;

• реализация режимов разгона и торможения с заданной скоростью;

Частотно-регулируемый электропривод позволяет максимально эффективно адаптировать работу электродвигателей и нагрузки к требованиям технологического процесса.

В качестве исходных данных, используемых при обследовании технологического оборудования и для последующих расчетов, приняты:

• характеристика АСУТП смешения дизельного топлива;

• параметры технологического процесса;

• паспортные данные по характеристикам резервуаров, насосов и рецептуре смешения;

• экспериментальные данные по характеристикам работы насосов.В табл.2 приведены экспериментальные данные по характеристикам насосов участка смешения светлых нефтепродуктов ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез».

Табл. 2

Экспериментальные данные по характеристикам работы насосов

Обозначение насоса	Р, кгс/см2	Q, м3/час	Р, кгс/см2	Q, м3/час	Р, кгс/см2	Q, м3/час	Р, кгс/см2	Q, м3/час
Н13	7,5	0	7,0	30	6,8	50	6.0	95
Н14	5,0	0	4,8	100	4,5	180	-	-
Н18	7,5	0	-	-	-	-	-	-

2.2.2. Основные параметры режимов работы насосов.

В качестве насосного оборудования, используемого для подачи большинства компонентов смешения дизельного топлива, применяются центробежные насосы.

Основными параметрами, характеризующими работу центробежных насосов, являются создаваемые ими объемная Q или массовая M_ подача, давление и напор, а также энергия, сообщаемая потоку их рабочими органами.

Подачу можно определять на входе либо на выходе машины. Массовые подачи на входе и выходе машины любого типа одинаковы. В насосном оборудовании смешения дизельного топлива одинаковы также и объемные подачи, так как подаваемая среда практически несжимаема.

Полный напор, развиваемый насосом, м

Н = p/(g),

где р – давление насоса;

 - плотность жидкости, кг/м³;

g– 9,81 м/с².

Полезная мощность Р_п , передаваемая машиной потоку жидкости,

Р_п = M_ Нg = gНQ, кВт.

Мощность на валу насоса,

Р = Р_п/(1000), кВт

где  – к.п.д. машины. Для центробежных насосов к.п.д., как правило, составляет 0,6 – 0,92.

Пользуясь законами подобия, можно по известным характеристикам для номинальной частоты вращения построить характеристики для скоростей отличной от номинальной. Законы подобия для центробежных насосов при изменении их частоты вращения выражаются следующими соотношениями

Q₁/Q₂ = n₁/ n₂ ,

H₁/H₂ = (n₁/ n₂)² ,

P₁/P₂ = (n₁/ n₂)³ .

Приведенные выше выражения позволяют по известной характеристике машины при номинальном числе оборотов с достаточной точностью рассчитать характеристики при произвольных числах оборотов, но при этом должны быть выполнены условия автомодельности, которые сводятся к следующим предположениям:

• число Рейнольдса в рассматриваемой области изменения частоты вращения насоса изменяется не более, чем в (3-5) раз;

• перекачиваемая жидкость несжимаема;

• характеристика сети имеет параболическую форму и выходит из начала координат.

2.2.3. Анализ методов и средств регулирования производительности насосного оборудования.

Характерной технологической операцией процесса смешения дизельного топлива является регулирование расхода перекачиваемого нефтепродукта. При этом насосы работают большую часть времени на частичной нагрузке. В таких условиях экономичность установки зависит от к.п.д. машины не только в номинальном режиме, но и при частичных нагрузках. Как правило, высокого к.п.д. при частичных нагрузках можно достигнуть только применением специальных регулирующих устройств.

В общем случае регулирование расхода перекачиваемого продукта возможно тремя методами:

• изменением количества параллельно работающих машин;

• изменением характеристики сети (изменением сопротивления);

• изменением характеристики машины.

Регулирование расхода перекачиваемого продукта изменением количества параллельно работающих насосов эффективно в том случае, когда нагрузка изменяется ступенями и сохраняется постоянной в течение длительного промежутка времени. Поскольку, как правило, параметры сети постоянно изменяются, то указанный метод обычно сочетают с другими способами регулирования производительности насосов. Реализация этого метода для технологических процессов смешения дизельного топлива была бы связана с практически полной заменой насосного оборудования.

Регулирование расхода перекачиваемого продукта дросселированием производится изменением сопротивления сети путем прикрытия задвижки (клапана), что позволяет изменять подачу. Однако, дросселирование как способ регулирования неэкономичен. В этом можно убедиться, определив к.п.д. установки с учетом дросселирования.

Эффективность регулирование расхода перекачиваемого продукта изменением частоты вращения двигателя достигается за счет достижения выигрыша по напору, то есть за счет минимизации потерь в сети. Поэтому следует стремиться к уменьшению перепада на регулирующем клапане во всем заданном диапазоне регулирования подачи насоса. Для этого целесообразно:

• применить регулирующий клапан с минимальным расчетным перепадом напора;

• производить регулирование подачи компонента изменением частоты вращения двигателя (в этом случае при максимально открытом клапане рабочая частота вращения двигателя будет существенно ниже номинальной, что позволит значительно уменьшить потребляемую двигателем мощность).

Поэтому наиболее эффективным методом управления насосным оборудованием смешения дизельного топлива считается прямое управление подачей насосов при максимально допустимой степени открытия клапана за счет регулирования частоты вращения двигателя.

Особенно выгодным оказывается применение частотно-регулируемого привода на основе асинхронного короткозамкнутого двигателя. Объясняется это параболическим характером зависимости их момента сопротивления от скорости, поскольку при этом электродвигатель и приводимая машина на пониженных оборотах работают с малой нагрузкой и не перегреваются.

2.2.4. Результаты расчета характеристик насосного оборудования смешения дизельного топлива при использовании частотнорегулируемого привода.

На основании выполненных расчетов и анализа характеристик можно сделать вывод о существенном сокращение мощности, потребляемой насосным оборудованием смешения дизельного топлива при использовании частотно-управляемого электропривода, не только при минимальных, но и при максимальных подачах.

Результаты оценки данных по возможной экономии электроэнергии, достигаемой за счет применения преобразователей частоты для регулирования подачи насосами компонентов смешения в отдельных режимах, приведены в табл. 3.

Табл. 3

Расчетные данные о сокращении потребляемой двигателями мощности

за счет применения преобразователей частоты

Обозначение насоса	Наименование режима	Сокращение потребляемой двигателем мощности, % от номинального значения
		При минимальной заданной подаче	При максимальной заданной подаче
Н9, Н9а	Подача компонента К3/1 в базовый поток линии л.178	76-90	61-78
	Подача компонента К3/1 в базовый поток линии л.175	79-90	38-53
	Подача компонента К3/1 в базовый поток линии л.122	79-90	38-60
Н13	Подача отгона в базовый поток линии л.175	72-86	46-65
	Подача отгона в базовый поток линии л.122	92	74
	Подача отгона в базовые потоки линии л.178 и л.175	60	44
Н18	Подача сернистого дизельного топлива в базовый поток линии л.175	65-81	52-70
Н19	Подача сернистого дизельного топлива в базовый поток линии л.178	85-92	79-86
	Подача сернистого дизельного топлива в базовый поток линии л.175	86-93	71-81
Н14	Подача компонентов смешения в базовый поток л.122	52	5

В качестве технических средств, на базе которых реализована подсистема оптимального управления режимами работы насосного оборудования смешения дизельного топлива, применен электропривод переменного тока с преобразователями частоты (ПЧ) мощностью: для насосов Н9, Н9а (мощность электродвигателя 30 кВт) – 22 кВт; для насоса Н13 (мощность электродвигателя 32 кВт) – 22 кВт; для насоса Н18 (мощность электродвигателя 250 кВт) – 160 кВт; для насоса Н19 (мощность электродвигателя 110 кВт) – 55 кВт; для насоса Н14 (мощность электродвигателя 100 кВт) – 100 кВт. Массовое применение регулируемого электропривода переменного тока приводит к отрицательным последствиям, заключающимся в нарушении электромагнитной совместимости электрооборудования электротехнического комплекса НПП, систем технологической автоматики и связи.

3. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ В СЭС НПП ПРИ МАССОВОМ ПРИМЕНЕНИИ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА