База книг в электронке для ЭНН УТЭК / База курсачей чертежей и дипломов УТЭК / курсачи 3 курс / гайнан / 1.5 Регулирование режимов работы НПС и МТ

1.5 Регулирование режимов работы НПС и МТ

воздействием на насосы.

Методы регулирования связанные с изменением параметров насосных станций: изменение числа работающих насосов; изменение числа работающих насосных станций; изменение частоты вращения насосов; обточка рабочих колес; установка сменных колес; применение последовательной или параллельной схемы соединения насосной станции.

Регулирование режимов работы нефтепровода изменением числа работающих насосов

В настоящее время в принятой последовательной схеме соединения насосов при наличии эксплуатационного участка в три—шесть станций (протяженностью 400—600 км) этот метод регулирования является основным. В принципе его обоснования лежит что с увеличением на участке числа работающих насосов расход и напор в трубопроводе возрастают. Однако рост этот исходит на станции, где включаются агрегаты, очень быстро. Время разгона агрегата до номинальных параметров составляет се­кунды. При таком процессе па этой станции возникает ударная волна, которая вследствие упругости жидкости и стенок трубопровода распространяется вдоль него в обе стороны со скоростью 500—1000 м/с. Особенно велико воздействие на трубопровод вне­шнего отключения насоса или насосной станции. Это явление южно уподобить частичному перекрытию коммуникации, что вызывает волну давления, распространяющуюся вверх по потоку, В волну разрежения, движущуюся вниз. Обе волны вызывают на­рушение нормальной работы нефтепровода. Волна давления, дохо­дящая через несколько минут до предыдущей станции, складыва­ется с выходным давлением, что вызывает превышение суммарным давлением величины, установленной защитой. Насосная станция может отключиться. Волновой процесс, распространяющийся вниз по потоку, может привести к снижению давления на входе в последующую станцию, что может вызвать кавитацию в насосах и срабатывание защиты. Частые переключения насосов отрица­нию сказываются на надежности работы нефтепровода.

Вследствие движения больших масс жидкости в современных Нефтепроводах большого диаметра волновые процессы длятся не­сколько минут и даже более часа. В этот период трубопровод ра­ботает в нестационарном режиме.

Если принять во внимание, что число переключений насосов с целью регулирования с учетом аварийных остановок довольно зна­чительное, то становится ясной недостаточная эффективность рас­сматриваемого способа регулирования вследствие длительного пребывания трубопровода в неустановившемся режиме (до 25% времени работы).

Отрицательный эффект такого регулирования можно в некото­рой мере уменьшить путем применения ЭВМ на телеуправляемых нефтепроводах. Разрабатываются специальные программы управ­ления возмущениями, которые вызываются планируемыми вклю­чениями и отключениями насосов, а также аварийными ситуация­ми. Предусмотренный программой контроль ведется по системе телемеханики путем управления насосными агрегатами или регу­ляторами давления.

Регулирование режимов работы нефтепровода изменением числа работающих станций

Этот метод часто применяют в процессе вывода нефтепровода на проектную пропускную способность. Когда промыслы еще не нарастили добычу до максимального уровня, а магистральный нефтепровод построен, экономично вводить насосные станции оче­редями. В этом случае расстояние между станциями увеличено, что при заданном допустимом давлении в трубопроводе ограничивает работу насосов на сниженных подачах с уменьшенным гид­равлическим уклоном. Чтобы при этом насосы не работали еа неэкономичных режимах, в них ставятся сменные колеса.

Изменение частоты вращения насосов

При изменении частоты вращения насоса подача его меняется пропорционально первой степени частоты вращения, напор — пропорционально квад­рату, мощность — пропорционально кубу. Су­ществует такая частота вращения п₃, при которой в оптимальном режиме К.П.Д. имеет максимальное значение. При уменьшении частоты вращения к. п. д. уменьшается вследствие уменьшения числа Re, а также роста удельного веча механических потерь в подшипниках, которые пропорциональны первой степени частоты вращения. В области высокой частоты вращения к. п. д. также уменьшается вследствие влияния кавита­ции. Вверху кривые обычно обрываются, так как располагаемого кавитационного запаса не хватает для обеспечения бескавитационной работы насоса при столь высокой частоте вращения. Экономичным при этом является регулиро­вание частоты вращения в небольшой зоне (например, на ±30°,о). так как в этом случае режимы работы на трубопровод будут оста­ваться в зоне высоких к. п. д. (в центральной части кривых к. п. д.).

В целом регулирование режимов работы насосов на трубопро­вод частотой вращения экономически выгодно. И если технически это легко осуществляется, то этот метод регулирования следует предпочесть.

При последовательном или параллельном соединении насосов с регулируемой частотой вращения суммарные характеристики их складываются по тем же правилам, как было указано ранее.

Существуют три наиболее употребительных технических вариан­та регулирования частоты вращения насосов. Они связаны или с выбором специального двигателя, характеристика которого позво­ляет изменять частоту вращения, или с установкой специальных регулирующих муфт сцепления валов двигателя и насоса. Рассмотрим следующие три вида регулируемых насосных агрегатов: агрегаты с регулирующими муфтами, агрегаты с двигателям внутреннего сгорания или газовыми турбинами, агрегаты с регулируемыми электродвигателями.

В качестве муфт, регулирующих частоту вращения насоса, ис­пользуются гидравлические, электромагнитные, токовихревые, дис­ковые с регулируемым коэффициентом проскальзывания. При больших мощностях привода насосов магистральных нефтепрово­дов нашли применение гидравлические муфты и на меньших мощ­ностях — электромагнитные. Схема .гидромуфты и ее характеристи­ка изображены на рис. 52. Гидромуфта способна изменять частоту вращения ведомого вала 2 от 0 до частоты вращения ведущего ва­ла двигателя, обеспечивая при этом силовую взаимосвязь между валами посредством жидкой среды, находящейся в корпусе муф­ты.

Гидромуфты не требуют особого обслуживания и работают автоматически. Они изготовляются на мощности до 6—8 тыс. кВт. Эксплуатация их освоена на некоторых нефтепроводах за рубе­жом. И все же сфера и возможности применения гидромуфт в нефтепроводном транспорте требуют дополнительного изучения.

Электромагнитные муфты имеют примерно такие же значения к. п. д. Достоинства этих муфт — большой диапазон до­пустимого скольжения и более простое управление. Однако на большие мощности электромагнитные муфты пока не изготов­ляются.

Регулирование частоты вращения насосов легко осуществляет­ся, если в качестве привода к ним применяются газовые турбины или двигатели внутреннего сгорания. Последние не получили ши­рокого распространения на магистральных нефтепроводах вслед­ствие их громоздкости при больших мощностях.

Обточка рабочих колес

Обточка рабочих колес центробежных насосов по наружному диаметру — в прошлом широко распространенный способ регулирования режима работы нефтепровода путем изменения характеристики на­соса. Сущность метода состоит в том, что рабочее колесо насоса как осесимметричная конструкция может быть обточено на станке по наружному диаметру, который существенно влияет на напор­ную характеристику. При обточке энергетические параметры Q, H, N уменьшаются. Если обточка ведется в допустимых пределах, КПД падает не более чем на 1—3%.

Пределы обточки колес ограничиваются КПД который при обточке сначала снижается медленно, а затем быстро. Темп сни­жения КПД возрастает с ростом коэффициента быстроходности . Для насосов с КПД падает на 1% на каждые 10% обточки, пределы которой для этих насосов ограничены вели­чиной 20%. Для насосов с это снижение уже состав­ляет 2,5% на 10% обточки, поэтому такие насосы более чем на 10% не обтачивают. Для насосов с пределы обточки составляют 15%.

Данный метод на данное время не применяется в нефтяной промышленности, так как это является изменением конструкции насоса.

Установка сменных колес.

Сменные колеса имеют размер отличный от номинального. Если снять покрывные диски основного колеса и сузить лопатки так, чтобы новое положение покрывных дисков было подобно начальному, получим новое колесо, подача которого измениться. Приближенно можно считать, что при такой операции углы установки лопаток не меняются и при сохранив­шихся значениях частоты вращения и диаметра рабочего колеса выходные ско­рости останутся неизменными, т. е. треугольник скоростей на вы­ходе не будет иметь существенной деформации. Тогда подача изменится пропорционально изменению ширины лопаток.

Практически конструкторы создают новое колесо, конструктив­ные параметры которого несколько меняются, однако линейность зависимости от ширины лопаток почти сохраняется. Обычно сменные колеса ста­вят на пониженные подачи. Сменные колеса применяются, как уже ука­зывалось, на начальных стадиях работы нефтепровода, когда по­дача не соответствует экономичному значению к. п. д. основного насоса. На рис. 56 иллюстрируется пример экономичного приме­нения сменного колеса на 0,5

Сменные колеса конструируются так, что­бы напоры на оптимальном режиме основного и сменного ко­лес были по возможности одинаковые. Это позволяет использовать их в сходных гидравлических режимах по величине расходуемого напора в трубопроводах.

Вследствие несоответствия корпуса и выходной части сменного колеса в месте выхода потока обычно имеют место дополнитель­ные гидравлические потери вихреобразования, поэтому к. п. д. сменного колеса на оптимальном режиме ниже соответствующего к. п. д. основного насоса. Сменные колеса по ГОСТ 12124—80 ста­вятся на основных насосах типа НМ 1250-260 и более.

Характеристика насоса с основными и сменными рабочими колесами

1, 2 — напорная характеристика соответственно с основным и сменным колесами; 3, 4 — характеристика КПД соответственно с основными и сменными колесами.

.(Л.Г Колпаков «Центробежные насосы магистральных нефтепроводов»)