Технические
науки
К.т.н.
Шабанов В.А., студенты Ахмадиева А.Т. и Солнцева Е.В.
Уфимский государственный нефтяной технический
университет
Анализ потерь электроэнергии в
регуляторах давления магистральных
нефтепроводов
В
настоящее время на нефтеперекачивающих станциях (НПС) частотно-регулируемый
электропривод (ЧРЭП) магистральных насосов (МН) не используется. При отсутствии
ЧРЭП основным способом регулирования
производительности магистральных нефтепроводов является изменение числа МН на
НПС технологического участка [1, 2]. При планировании режимов работы нефтепровода для каждого
технологического участка нефтепровода составляется карта технологических
режимов (КТР), в которой приводится планируемый перечень всех возможных режимов
перекачки. Но не все объемы перекачки можно обеспечить изменением числа
включенных МН. Анализ КТР и фактического соблюдения режимов действующих
нефтепроводов показывает, что на практике производительность нефтепровода может
быть разной даже при одном и том же числе работающих насосов. Изменение
производительности происходит вследствие изменения отбора нефти на
промежуточных НПС (например, для нефтеперерабатывающих заводов или для
котельных), подкачек нефти на промежуточных НПС из других трубопроводов. Регулирование
давлений и производительности нефтепровода в таких режимах может производиться регуляторами
давления (дросселированием) или использованием лупингов. В статье на примере
КТР действующего нефтепровода рассматривается эффективность применения ЧРЭП в
режимах, когда для регулирования производительности нефтепровода используется регулирование
давления.
Карта
технологических режимов без ЧРЭП представляет собой матрицу состояния МН
(включен/выключен) всех НПС технологического участка. Для каждого состояния
(для каждой строки матрицы) указывается производительность трубопровода,
давления на входе рвх, в коллекторе ркол (до дросселирующей заслонки) и на выходе рвых
НПС; потребляемая мощность; уставки САР давления на входе и выходе; уставка защиты по давлению на выходе
(таблица 1).
Таблица 1 – Информация о
режиме перекачке по КТР
|
№ режима |
Q, т/2ч |
Наименование показателя |
НПС «Л» |
НПС «Б» |
НПС «К» |
НПС «У-Т» |
НПС «Ч» |
|
001(Сх1) (007) |
7891,67 |
Число включенных МН |
1 |
- |
- |
- |
- |
|
Рвх. кг/см2 |
9,2 |
11,3 |
9,9 |
11,5 |
1 |
||
|
Ркол.
кгс/см2 |
33,7 |
11,3 |
9,9 |
11,5 |
1 |
||
|
Рвых.
кгс/см2 |
26 |
11,3 |
9,9 |
11,5 |
1 |
||
|
Мощность, кВт |
6225 |
- |
- |
- |
- |
Расчет
экономии электроэнергии при ЧРЭП за счет снижения потерь в регуляторах давления
целесообразно проводить в следующей последовательности.
1
По КТР выявляются режимы, в которых используется регулирование давления.
Характерной особенностью таких режимов является неравенство давлений в
коллекторе и на выходе НПС: ркол
< рвых .
В
таблице 1 в режиме перекачки 001(Сх1)(007) давление в коллекторе НПС «Л» ркол
=33,7 кг/см2 (до
регулятора давления) и на выходе рвых = 26 кг/см2.
Следовательно в регуляторе давление снижается на 7,7 кг/см2.
Выборка режимов
работы из КТР при одном работающем МН на НПС «Л», в которых используется регулирование давления, приведена в
таблице 2. В столбце «Схема работы НА» обозначено: НА – насосный агрегат; 1п –
в работе один подпорный насос; №2(3) –
включен второй либо третий МН.
При двух и более работающих МН часть режимов
с использованием регуляторов давления приведена в таблице 3.
Таблица 2 –
Техническая характеристика режимов с регулированием давления при одном
работающем МН
|
№ режима |
Схема работы
НА |
Q,
млн.т/год |
ркол, кг/см2 |
рвых,
кг/см2 |
Δрдр, кг/см2 |
|
001(сх.1)007 |
1п+№2(3) |
33,15 |
33,7 |
26,0 |
7,7 |
|
001(сх.1)008 |
то же |
34,44 |
33,2 |
27,0 |
6,2 |
|
001(сх.1)009 |
2п+№2(3) |
42,00 |
34,0 |
28,5 |
5,5 |
|
001(сх.1)103 |
то же |
44,10 |
33,6 |
30,0 |
3,6 |
|
001(сх.1)109 |
то же |
40,60 |
34,4 |
27,5 |
6,9 |
|
001(сх.2)007 |
2п+№2(3) |
33,25 |
33,7 |
26,0 |
6,7 |
|
001(сх.2)303 |
2п+№2(3) |
45,50 |
33,6 |
29,3 |
4,3 |
|
001(сх.2)403 |
2п+№2(3) |
45,50 |
33,6 |
29,3 |
4,3 |
Таблица
3 – Выборка режимов с регулированием давления при числе включенных насосных
агрегатов два и более
|
№ режима |
Схема работы НА |
Q,
млн.т/год |
ркол,
кгс/см2 |
рвых,
кгс/см2 |
Δрдр, кгс/см2 |
|
002(сх.1)(422) |
Л: 2п+№2(3) Б: №2 |
52,15 |
32,2 |
29,7 |
2,5 |
|
003(Сх.1)206 |
Л: 2п+№4(2) Б: №2 К: №3(2) |
61,25 |
31,4 28,0 29,5 |
31,4 25.7 29,5 |
- 2,3 - |
|
007(Сх.3)(003) |
Л:3п+№2,3 Б: №2,3(4) К:№1(4) У-Т: №1(2) Ч: №2(4) |
78,60 |
41,1 33,3 37,8 23,3 |
40,7 32,5 37,5 19,5 |
0,4 0,8 0,3 3,8 |
2 Определяются
перепады давления на регуляторе давления
Δрдр
= рвых – ркол (1)
и сводятся в таблицы 2 и 3.
3 Определяются потери
мощности на регуляторе давления
ΔРдр= (ΔрдрּQс)/(ηнּηд) . (2)
где
Qс - пропускная способность технологического участка;
ηн и ηд – коэффициенты полезного действия (КПД)
насоса и электродвигателя.
КПД насоса зависит от подачи насоса и принимается по каталожным
характеристикам ηн = f(Q) [2]. КПД электродвигателя может быть принят равным номинальному
значению.
4 Определяется
электроэнергия, расходуемая на потери давления в регуляторе давления, за время
работы Т:
ΔWдр = ΔРдрּТ. (3)
Интервалы времени Т
работы трубопровода с дросселированием определяются для каждого из режимов по таблицам
«Соблюдение режимов», которые ведутся для контроля соответствия фактических
режимов перекачки плановым. Фрагмент таблицы «Соблюдение режимов» приведен в
таблице 4.
Таблица 4 – Фрагмент данных «Соблюдение
режимов»
|
Дата |
Технологические режимы |
Время работы,
час |
Производительность,
тыс.т/сут. |
||||||
|
Всего |
|||||||||
|
|
план |
факт |
план |
факт |
план |
факт |
|||
|
|
Технологические режимы за
январь |
||||||||
|
12 |
001(Сх1)(007) |
001(Сх1)(007) |
10 |
10 |
|
37,9 |
38,6 |
||
|
13 |
002(Сх2)(514) |
002(Сх2)(514) |
5 |
5 |
|
33,5 |
32,9 |
||
|
17 |
004(Сх1)(001) |
001(Сх5)(002) |
18 |
18 |
|
141,8 |
142 |
||
|
|
Технологические режимы за февраль |
||||||||
|
1 |
004(Сх1)(001) |
004(Сх1)(001) |
14 |
14 |
|
110,3 |
110,4 |
||
|
20 |
004(Сх1)(001) |
004(Сх1)(001) |
24 |
24 |
|
189 |
192,2 |
||
|
17 |
005(Сх1)(406) |
005(Сх1)(406) |
6 |
6 |
|
52,25 |
52,25 |
||
Для каждого из
режимов таблицы соблюдения режимов расчеты по формуле (3) выполняются для всех
интервалов времени, в которых за расчетный месяц использовался режим с регулированием давления.
5 Определяются
суммарные потери электроэнергии за месяц.
, (6)
где i- номер режима, N – число режимов перекачки, в которых использовалось регулирование
давления, за месяц.
6 Суммируются потери
электроэнергии за исследуемый период для всех режимов перекачки. Результаты
расчетов за три месяца исследуемого технологического участка приведены в таблице
5.
Таблица 5 –
Результаты расчета потерь электроэнергии
за три месяца
|
|
Январь |
Февраль |
Март |
За 3 месяца |
|
1 Суммарные потери мощности ∆Р, кВт |
6957,4 |
137,0 |
4592,9 |
12920,2 |
|
2 Время работы на режиме, Т, ч |
215 |
206 |
50 |
471 |
|
3 Потери электроэнергии ∆Wдр, тыс.кВт·ч |
284,90 |
140,50 |
76,36 |
501,75 |
|
4 Стоимость потерь электроэнергии, тыс.
руб. |
854,70 |
421,50 |
229,01 |
1505,25 |
|
5 Потребление электроэнергии, тыс.кВт۰ч |
5401,2 |
6194,8 |
1090,1 |
12686,1 |
|
6 Потери относительно электроэнергии, потребленной всеми НПС технологического
участка, % |
5,3 |
2,3 |
7,0 |
4,0 |
|
7 Потери относительно
электроэнергии, потребляемой НПС, на
которых выполняется регулирование давления, % |
12,0 |
4,3 |
12,1 |
8,0 |
В строке №4 таблицы 5
приведены значения стоимости потерь электроэнергии при тарифе 3 руб/кВт۰ч.
Оценим долю потерь
электроэнергии в регуляторах давления по отношению к суммарной электроэнергии потребленной
всеми НПС технологического участка (строка №6) и по отношению к электроэнергии,
потребляемой НПС, на которых выполняется регулирование давления (строка №7).
Значения потребленной электроэнергии по данным карты «Соблюдение режимов» приведены в строке №5. Как видно из таблицы
5, потери электроэнергии в регуляторах давления могут составлять от 2,3 до 7,0%
от электроэнергии потребленной всеми НПС технологического участка и от 4,3 до
12,0% от электроэнергии потребленной НПС, на которых выполняется регулирование
давления
Литература
1
Коршак А.А., Нечваль А.М. Трубопроводный транспорт нефти, нефтепродуктов и
газа: учеб. для вузов. Уфа.: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2001. 571 с.
2 Нечваль А.М. Основные задачи при
проектировании и эксплуатации магистральных нефтепроводов: учебное
пособие. Уфа: изд-во УГНТУ, 2005. 81 с.
3
Шабанов В.А., Кабаргина О.В. Достоинства
и перспективы использования частотно-регулируемого электропривода магистральных насосов на НПС. // Управление качеством в нефтегазовом комплексе, 2011.
Т. 2. - С. 63-66.
4 Шабанов В.А., Кабаргина О.В. Перспективы
использования частотно-регулируемого электропривода магистральных насосов на
НПС. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2010. 63 с.