5.4.5 Плавное регулирование характеристик нпс

Метод дросселирования на практике применяется сравнительно часто, хотя и не является экономичным. Он основан на частичном перекрытии потока нефти (создании дополнительного гидравлического сопротивления).

Рассмотрим регулирование методом дросселирования на примере МН с одной промежуточной НПС: изменение параметров МН достигается за счёт перекрытия регулирующей заслонки БРД НПС-2. При этом рабочая точка из положения Р₁ смещается в точку Р₂ и расход уменьшается с Q₁ до Q₂ (рис. 5.17а). Суммарный напор, развиваемый всеми насосами, при этом увеличивается до H_факт, так как потери в трубопроводе увеличиваются на величину h_p – потерь на местных сопротивлениях в БРД (дросселируемый напор), что показано на рис. 3а сплошным пунктиром. При этом суммарный полезный напор H_пол, необходимый для ведения перекачки с расходом Q₂ по МН будет меньше фактического, это связано с тем, что дополнительные потери h_р сосредоточены на НПС, тогда суммарную характеристику всех НПС можно изобразить двойным пунктиром. Из рис. 5.17б видно, что напор на выходе НПС-2 .

Целесообразность применения метода можно характеризовать величиной КПД дросселирования _ДР

. (5.81)

где H_пол – полезный напор, необходимый для ведения перекачки с расходом Q₂;

H_факт – фактически затрачиваемый напор.

Рис. 5.17. Совмещённая характеристика и распределение напоров

По трассе при регулировании дросселированием на промежуточной нпс

С увеличением величины дросселируемого напора (потерь в БРД) h_р значение _ДР уменьшается. Полный коэффициент полезного действия насоса или НПС определяется произведением =_н_мех_эл.дв_ДР.

Согласно [2] метод дросселирования уместно применять для насосов, имеющих пологую напорную характеристику, причём потери энергии на дросселирование не должны превышать 2% энергозатрат на перекачку. Наибольшее применение метод нашёл в САР промежуточных НПС, так как при перекрытии регулирующей заслонки напор перед станцией увеличивается, в результате чего улучшаются условия всасывания первого по потоку магистрального насоса.

Метод байпасирования (перепуска части жидкости во всасывающую линию насосов) применяется в основном на ГНПС. При открытии задвижки на обводной линии (байпасе) напорный трубопровод соединяется с всасывающим, что приводит к уменьшению сопротивления после насоса и рабочая точка перемещается из положения Р₁ в Р₂ (рис. 5.18). Однако часть нефти, проходящей через насос, Q_Б=Q₃-Q₂ не поступает в трубопровод, а идет через байпас во всасывающий трубопровод, при этом в магистраль поступает расход Q₂.

Коэффициент полезного действия байпасирования составляет

. (5.82)

Метод регулирования байпасированием согласно [2] следует применять при крутопадающих характеристиках насосов. В этом случае он экономичнее дросселирования.

Рис. 5.18. Совмещённая характеристика МН и НПС и распределение напоров по трассе при регулировании байпассированием

Изменение частоты вращения вала насоса – прогрессивный и экономичный метод регулирования. Применение плавного регулирования частоты вращения роторов насосов на НПС магистральных нефтепроводов облегчает синхронизацию работы НПС, позволяет полностью исключить обточку рабочих колес, применение сменных роторов, а также избежать гидравлических ударов в нефтепроводе. При этом сокращается время запуска и остановки насосных агрегатов. Однако, в силу технических причин, этот способ регулирования пока не нашел широкого распространения.

Метод изменения частоты вращения также как и обточки рабочего колеса по наружному диаметру основан на теории подобия и для расчётов применимы зависимости аналогичные (5.77) и (5.78)

, (5.83)

. (5.84)

где n_нов, Н_нов, Q_нов – новая частота вращения, напор и расход при новой частоте вращения;

n_ном – номинальная частота вращения.

Существуют три наиболее употребительных технических варианта регулирования частоты вращения ротора насосов:

1) использование двигателя с изменяемой частотой вращения;

2) использование специальных регулирующих муфт;

3) использование преобразователя частоты питающего переменного тока.

В качестве двигателей с изменяемой частотой вращения могут использоваться двигатели внутреннего сгорания (ДВС) и газотурбинные установки (ГТУ). ДВС в нашей стране использовались в качестве приводов насосов МН до 50-х годов. В отечественном нефтепроводном транспорте ГТУ ПГНУ-2 использовались для увеличения производительности нефтепровода Салават–Орск, эффективность их применения была также отмечена при перекачки по нефтепроводу Тенгиз–Новороссийск [29]. У ГТУ, предназначенных для предприятий нефтяной промышленности, конструкция топливной системы предусматривает работу на двух видах топлива – жидком (керосин; дизельное топливо; нефть, прошедшая подготовку) и газообразном (попутные и природные газы). В большинстве случаев насосы с приводом от ГТУ включаются по параллельной схеме.

Гидравлические муфты и электромагнитные муфты скольжения имеют практически одинаковые зависимости КПД от частоты вращения выходного вала. В настоящее время они используются в комплекте с электродвигателем и мультипликатором. Если КПД мультипликатора практически не изменяется в широком диапазоне нагрузки и частот вращения (=0,98...0,99), то КПД муфт прямо пропорционален относительной частоте(согласно [29] КПД гидромуфты) в диапазоне от 0 до 0,7...0,75 и отклоняется от прямой в сторону уменьшения при уменьшении скольженияs

. (5.85)

В отечественной и мировой практике трубопроводного транспорта нашли применение как асинхронные (АД), так и синхронные (СД) электродвигатели самых разнообразных конструкций. Тенденция к экономии электроэнергии обусловила разработку высокооборотных электродвигателей с теристорными преобразователями частоты (ТПЧ). Исследования показали, что наиболее перспективными являются высокооборотные АД с ТПЧ. Подробный анализ и рекомендациями по использованию частотнорегулируемых приводов в нефтепроводном транспорте приводится в [29].

Несмотря на большое число публикаций, посвященных регулированию частоты вращения электродвигателей с применением ТПЧ, в технической и справочной литературе имеются лишь отрывочные сведения о КПД регулирующих устройств. Наиболее экономичным, с точки зрения общего КПД привода следует признать «теристорный двигатель» на базе синхронного электродвигателя с управлением первичной частотой. Учитывая монотонность кривых, можно представить зависимость общего КПД электродвигателя с ТПЧ от частоты вращения в виде

. (5.86)

Следует отметить, что изменять частоту вращения в широких пределах нельзя, так как при этом существенно уменьшается КПД насосов. Следовательно, даже при использовании данного метода необходимо прибегать к изменению схемы включения насосов.