Исследование режимов работы нефтеперекачивающих станций магистрального нефтепровода с регулированием частоты вращения насосных агрегатов

Аннотация 3
Обозначения и сокращения 5
Введение 6
1.1 Технологическая схема и принцип работы нефтеперекачивающей станции 7
1.2 Необходимость и методы регулирования режимов работы НПС 14
1.3 Принцип частотного регулирования электроприводов насоса 20
1.4 Обоснование эффективности применения частотно-регулируемого привода 23
1.5 Определение снижения расхода и затрат на оплату электроэнергии на перекачку 24
1.6 Оценка изменения межремонтных интервалов, сроков службы и снижения затрат на ремонт электродвигателей 27
1.7 Оценка изменения межремонтных интервалов, сроков службы и снижения затрат на ремонт трубопроводов 30
1.8 Изменение частоты вращения рабочего колеса насоса как способ максимизации КПД 35
1.9 Система автоматического управления насосным агрегатом, оборудованным частотно-регулируемым приводом 37
1.10 Нормативно-техническая база и требования к регулированию НПС 40
2 Математическое моделирование режимов работы НПС с ЧРП 42
3 Расчет и анализ оптимального режима работы нефтепровода оборудованного частотно-регулируемым приводом 50
3.1 Расчет энергоэффективности применения ЧРП 50
3.2 Определение суточной производительности нефтепровода, развиваемого напора и потерь на трение 51
3.3 Определение требуемой частоты вращения, регулируемого МНА, потери напора в трубопроводе в режимах с использованием ЧРП 53
Заключение 58
Список используемых источников 59

Весь текст будет доступен после покупки

В условиях растущего спроса на энергоресурсы и ужесточения экологических требований к производственным процессам особую актуальность приобретает оптимизация работы магистральных нефтепроводов - ключевого элемента инфраструктуры транспортировки нефти. Одним из наиболее эффективных способов повышения энергоэффективности и надёжности нефтепроводного транспорта является регулирование частоты вращения насосных агрегатов на нефтеперекачивающих станциях (НПС).
Целью данного исследования является оптимизация режимов работы НПС с применением частотного регулирования для снижения энергопотребления.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
Задачи исследования:
- анализ существующих методов регулирования режимов НПС;
- разработка математической модели работы НПС с ЧРП;
- моделирование и сравнительный анализ режимов работы;
- оценка экономической эффективности внедрения ЧРП.
Объект исследования: нефтеперекачивающая станция магистрального нефтепровода.
Предмет исследования: режимы работы НПС с регулированием частоты вращения насосных агрегатов.
Методы исследования: математическое моделирование, численные методы, технико экономический анализ.
Научная новизна: разработка усовершенствованной модели управления НПС с учётом динамических характеристик ЧРП.
Практическая значимость: снижение энергозатрат и повышение надёжности работы нефтепровода.
Актуальность темы обусловлена необходимостью решения экономических, технологических и экологических задач, связанных с ростом энергозатрат в трубопроводном транспорте нефти. Повышение энергоэффективности НПС не только снижает производственные издержки, но и способствует устойчивому развитию отрасли в условиях растущих требований к экологичности и эффективности использования ресурсов.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Теоретические основы регулирования режимов работы НПС

1.1 Технологическая схема и принцип работы нефтеперекачивающей станции

Нефтеперекачивающая станция (НПС) — это промышленный объект, обеспечивающий транспортировку нефти по магистральным трубопроводам. Её основная задача — повышение давления нефти для компенсации гидравлических потерь и обеспечения доставки ресурса на значительные расстояния. Без НПС эффективная перекачка нефти из месторождений к нефтеперерабатывающим заводам или экспортным терминалам была бы невозможна.
Основные функции НПС:
- Поддержание давления: компенсация потерь давления из-за трения нефти о стенки трубопровода и перепадов высот.
- Транспортировка нефти: обеспечение необходимой скорости и объёма перекачиваемой нефти.
- Контроль и регулирование потока: система управления НПС регулирует подачу нефти и перенаправляет её при необходимости.
- Очистка и подготовка нефти: некоторые НПС оснащены фильтрами для удаления механических примесей и системами подогрева для снижения вязкости нефти.
- Безопасность трубопровода: контроль рабочих параметров нефти (давления и температуры) для предотвращения аварийных ситуаций.
На магистральных нефтепроводах используется в основном три вида нефтеперекачивающих станций (НПС): головные нефтеперекачивающие станции нефтепроводов (ГНПС), промежуточные нефтеперекачивающие станции (ПНПС) и головные нефтеперекачивающие станции эксплуатационных участков нефтепровода (ГНПС эксплуатационных участков).
ГНПС предназначена главным образом для приёма нефти с промыслов и подачи её в нефтепровод. Они имеют резервуарный парк, играющий роль буферной ёмкости между промыслами и магистралью и роль аварийной ёмкости при аварии на магистрали или промыслах.
ПНПС служат для восполнения потерь энергии жидкости, возникающих при движении потока нефти по магистрали. Данные станции располагаются по трассе через 100?150 км.
ГНПС эксплуатационных участков нефтепровода в основном предназначены для гидродинамического разобщения магистралей на относительно небольшие участки (400?600 км) с целью облегчения управлением перекачкой и локализации гидродинамических возмущений потока (гидроударов) в пределах данных участков. Эта функция подобных НПС выполняется за счёт размещения на них резервуарных парков. Последние являются средством гидродинамического разобщения магистралей на эксплуатационные участки.
Технологические схемы ГНПС нефтепровода и ГНПС эксплуатационных участков практически аналогичны.
Технологической схемой НПС называют безмасштабный рисунок, на котором представлена схема размеще¬ния ее объектов, а также внутристанционных коммуни¬каций (технологических трубопроводов) с указанием ди¬аметров и направлений потоков.
Сооружения НПС могут быть разделены на две груп¬пы: производственного и вспомогательного назначения. К объектам первой группы относятся: подпорная на¬сосная, магистральная насосная, резервуарный парк, площадка фильтров-грязеуловителей, технологические трубопроводы, узлы учета, узел регуляторов давления, камеры приема и пуска средств очистки и диагностики, совмещенные с узлом подключения к магистральному трубопроводу, узел предохранительных устройств, ем¬кость сбора утечек с погруженным насосом.
Объектами второй группы являются: системы энерго-, водо- и теплоснабжения, водоотведения, автоматики, те¬лемеханики, узел связи, лаборатория, мех мастерские, пожарное депо, гараж, административное здание и т.д.
Принципиальная технологическая схема головной НПС магистрального нефтепровода приведена на рисун¬ке ниже. Нефть с промысла поступает на станцию через фильтры-грязеуловители, узел предохранительных устройств, узел учета и направляется в резервуарный парк. Здесь осуществляется ее отстаивание от воды и мехпримесей, а также замер количества. Для откачки нефти из резервуаров используется подпорная насосная. Из нее через узел учета нефть направляется в магистральную насосную, а затем через узел регуляторов давления и камеру пуска средств очистки и диагностики - в магист¬ральный нефтепровод.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Строительные нормы и правила: СНиП 2.05.06 – 85. Магистральные трубопроводы : нормативно-технический материал. – Взамен СНиП II-45-75; 1985 г.
2. ОР-75.180.00-КТН-039-08 Требования к технологическим схемам нефтеперекачивающих станций, профилям и схемам линейноё части магистральных нефтепроводов ОАО «АК «Транснефть». – М., 2008. – 67 с.
3. РД 153-39.4-113-01 Нормы технологического проектирования магистральных нефтепроводов. – М., 2002. – 106 с.
4. Федоров П.В. Совершенствование методов планирования технологических режимов и контроля процесса транспортировки нефти по магистральным нефтепроводам / Дис. ... канд. технич. наук. Ухта, 2011
5. Проектирование и эксплуатация магистральных нефтепроводов : учебное пособие / Ю.А. Краус. – Омск : издательство ОмГТУ, 2010.
6. Р 50-605-91-94 "Энергосбережение. Агрегаты насосные для транспорта нефти. Нормативные коэффициенты полезного действия. . – М., 1994.
7. Зайцев, Л.А. Регулирование режимов магистральных нефтепроводов / Л.А. Зайцев, Г.С. Ясинский. – М.: Недра, 1980. – 187 с.

Весь текст будет доступен после покупки