Алексеев И.А., Павлова З.Х.

Уфимский государственный нефтяной технический университет, Россия

Исследование эффективности внедрения частотно-регулируемого электропривода на объектах магистрального нефтепровода

Наибольшая доля затрат при транспортировке нефти приходится на энергопотребление технологическим оборудованием нефтеперекачивающей станции (НПС). При этом электроприводы магистральных насосов (МН) являются основными потребителями электроэнергии. В настоящее время расход электроэнергии на электропривод МН составляет до 98 % от общего расхода электроэнергии на НПС. Анализ показал, что МН с частотно-регулируемым электроприводом (ЧРЭП) позволяют снизить потребление электроэнергии. Кроме того применение ЧРЭП позволяет повысить надежность магистральных нефтепроводов. В связи с этим необходимо исследовать и раскрыть причины эффективности использования частотно-регулируемых электроприводов на объектах магистрального нефтепровода.

Одним из основных показателей, характеризующих технический уровень электроприводов насосов, являются потери мощности и расход электроэнергии. При одной и той же мощности, требуемой для привода насоса, при одном и том же напряжении электроэнергия, потребляемая нерегулируемым электродвигателем, будет больше, чем электроэнергия, потребляемая регулируемым электродвигателем. Причиной этому является то, что у регулируемого двигателя выше коэффициент полезного действия и коэффициент мощности. Для нерегулируемого двигателя коэффициент полезного действия и коэффициент мощности зависит от нагрузки на валу.

Электрическая нагрузка, как правило, имеет переменный характер, поэтому потери мощности и электроэнергии в линиях зависят от изменения нагрузки. Достаточно часто нагрузки на валу не соответствуют высоким КПД и коэффициенту мощности. При отсутствии частотно-регулируемого электропривода магистральных насосов основным способом регулирования производительности магистральных нефтепроводов является изменение числа работающих МН на НПС технологического участка. Такое изменение числа МН производится периодически и называется циклической перекачкой. Обычно цикл перекачки составляет одни сутки. Основным недостатком циклической перекачки является необходимость выполнять частые включения - отключения МН. Такие включения сопровождаются бросками пускового тока электродвигателей, механическими ударами в механической части насосов и электродвигателей и волнами давления в трубопроводе. Частые пуски и остановки МН приводят к повышению износа электрических частей, связанных с электроприводом магистральных насосных агрегатов. Механические удары отрицательно влияют на прочность вала насоса и электродвигателя, их шпоночных соединений. В местах контакта вращающихся частей с неподвижными деталями при пуске происходит повышенный износ контактирующих поверхностей.

Другим важным недостатком циклической перекачки являются частые смены режимов перекачки с изменениями давлений в трубопроводе. Такие изменения давления приводят к изменению уровня напряжений в трубопроводе, что ускоряет развитие микротрещин в теле трубы и сокращает срок ее службы. Основополагающие исследования по повышению ресурса деформируемых систем, в т.ч. трубопроводов показали, что снижение механической нагрузки на 25 % приводит к увеличению ресурса до двух раз и более.

Как показал анализ, применение ЧРЭП на объектах магистральных нефтепроводов снижает потребление электроэнергии до 25%, а также цикличность и амплитуду нагружения от 1,5 до 8 раз. Снижение цикличности и амплитуды нагружения повышает срок службы трубопровода и позволяет существенно снизить расходы на ремонт трубопровода.