Энергоснабжение насосных установок. реферат энергоснабжение насосных установок. Энергосбережение в насосных установках
 Скачать 208.62 Kb.
|
|
Реферат на тему: « Энергосбережение в насосных установках » Введение Насосные установки предназначены для нагнетания в нефтяные и газовые скважины различных жидкостей при цементировании, гадравлическом разрыве пластов, гидропескоструйной перфорации, кислотной обработке призабойной зоны, промывке песчаных пробок, а также при проведении других промывочно-продавочных работ. Насосные установки укомплектованы насосами высокого давления; смонтированы на шасси автомобилей, на тракторах и на специальных рамах. Можно указать, что насосная установка имеет следующие элементы: гидробаки (гидроемкости); гидролинии (магистрали, трубопроводы); контрольно-измерительное оборудование (манометры, расходомеры, электроизмерительные приборы); пускорегулирующее оборудование (вентили, задвижки, устройства электрооборудования); противопожарное оборудование; вспомогательное оборудование (тали, кран-балки). Состав сооружений, тип и количество основного и вспомогательного оборудования насосной установки определяется исходя из назначения насосной установки. В насос помещается рабочее колесо с лопатками. При вращении колеса двигателем жидкость, поступающая к центру колеса из заборного резервуара через всасывающий трубопровод и открытую задвижку , центробежной силой выбрасывается по лопаткам на периферию корпуса. В результате в центре рабочего колеса создается разрежение, жидкость засасывается в насос, снова выбрасывается лопатками колеса на периферию корпуса и далее подается в напорный трубопровод. Таким образом, в системе при открытой задвижке создается непрерывное течение жидкости и центробежный насос имеет равномерный ход. Перед пуском центробежный насос нужно заполнить жидкостью. Если насос расположен ниже уровня жидкости, то для его заливки достаточно открыть вентиль. Если же насос находится выше уровня перекачиваемой жидкости, то для заливки требуется создать разрежение внутри корпуса насоса при помощи специального вакуум-насоса, в качестве которых обычно применяют поршневого насоса. В последнее время для заливки таких насосов стали применять аккумуляторные баки. Такой бак устанавливается выше уровня насоса, через него проходит всасывающий трубопровод, и после остановки насос оказывается залитым жидкостью, как если бы он находился ниже заборного резервуара. После заливки корпуса насоса может быть включен приводной двигатель. Энергоснабжение Для работы насосных станций необходимы источники питания электроэнергией. Основными потребителями электроэнергии являются насосные агрегаты с электродвигателями, вентиляционная система, электрические нагреватели, оборудование автоматизированной системы управления технологическими процессами и охранной пожарной сигнализации, а также электрическое освещение. Электроснабжение насосного оборудования осуществляется согласно 1 категории надежности по ПУЭ. Следующие потребители электроэнергии отнесены к особой группе этой категории (для них необходим третий источник питания): исполнительные механизмы системы противоаварийной защиты; потребители КИП, обеспечивающие безаварийную остановку; аварийное освещение; система автоматического управления изделия; система пожарообнаружения и контроля загазованности. Для защиты персонала, силового электрооборудования и освещения от воздействия токов короткого замыкания, разрядов молнии, статического электричества, а также для выравнивания потенциалов должны быть выполнены надлежащие мероприятия в соответствии с требованиями ПУЭ, ГОСТ Р 50571.1-2009, ПОТ Р М-016-2001 РД 153-34.0-03.150-00 «Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок» и других действующих нормативных документов. Требования к источнику питания электроэнергией: сеть электроснабжения — трехфазная пятипроводная; род тока — переменный; частота тока — 50 Гц; напряжение — 400 В (напряжение питания потребителей — 230 В); система заземления — TN—S (с глухозаземленной нейтралью); отклонение напряжения и частоты — по ГОСТ 32144-2013; подстанция — 6 кВ (0,4 кВ). Обеспечение электроэнергией средств автоматизации осуществляется от шкафа КИПиА. В комплектную поставку станций входит всё электрооборудование в собранном виде, в том числе: кабели силовые и контрольные к электрооборудованию комплектной поставки; осветительная арматура; системы контроля и управления; материалы заземления и защиты от статического электричества оборудования; другое необходимое электрооборудование и материалы. Конструкцией кабельных вводов предусмотрено соединение ленточной брони кабеля с корпусом электродвигателя (заземление). Кабельные вводы коробок выводов электродвигателя предусматривают крепления и заземление для металлорукавов или гибких вводов механической защиты электрических кабелей. В насосных установках предусмотрено искусственное рабочее и аварийное освещение в соответствии с нормами и правилами СП 52.13330.2011 «Естественное и искусственное освещение» Актуализированная редакция СНиП 23-05-95. Типы светильников и проводки соответствуют условиям среды, назначению и характеру производимых работ. Светильники применены в энергосберегающем исполнении. Нормы освещенности рабочего освещения соответствуют требуемым параметрам. Конструкция светильников обеспечивает удобство их обслуживания. Напряжение питания рабочего и аварийного освещения — 230 В переменного тока. Снаружи над входом станции установлены светильники во взрывозащищенном исполнении. Управление наружным освещением выполнено с помощью взрывозащищенных постов управления, установленных около входных дверей. Светильники и посты управления выполнены в климатическом исполнении, выбираются в зависимости от места установки станции. Для возможности подключения к внешним сетям электроснабжения на стойке предусмотрена установка взрывозащищенной клеммной коробки с клеммными вводами и установка местного поста управления Для подключения внешних питающих кабелей и кабелей управления в изделии предусмотрены взрывозащищенные клеммные коробки. Обеспечен подвод кабелей от клеммных коробок ко всем электроприемникам изделия. В станциях применены бронированные силовые и контрольные кабели с медными жилами и изоляцией оболочки из материалов, не распространяющих горение при групповой прокладке. Для защиты кабелей от механических повреждений использованы лотки, монтажные полосы и трубы. В станции выполнено присоединение открытых проводящих частей светильников рабочего (аварийного) освещения и стационарных электроприемников к нулевому защитному проводнику. Также к нему защитным проводником подсоединены металлические каркасы дверей и рам, используемых для прокладки кабелей. Система заземления в сети 0,4 кВ принята TN-S (проводники РЕ и N разделены). Предусмотрена возможность присоединения каркаса насосной установки в двух точках к внешнему заземляющему устройству (от внутреннего контура заземления имеются два вывода на внешнюю сторону изделия стальными полосами 5×40 мм, выступающими за габарит изделия на 60 мм). Границей поставки электрооборудования со стороны завода-изготовителя является взрывозащищенные вводные клеммные коробки, размещенные на наружной стене насосной станции. В данной реферате рассматривается возможности энергосбережения в перекачки воды, на базе электропривода. В этом реферате мы рассматриваем возможности энергосбережения в насосных агрегатах для перекачки воды, на основе регулируемого электропривода. Представлены стандартные характеристики центробежного насосного агрегата, и пути экономии электрической энергии в насосных агрегатах, иллюстрированы энергетической диаграммой системы «преобразователь частоты – электрический двигатель – центробежный насос». Общеизвестно, что центробежные насосы (ЦН) являются одной из самых больших групп потребителей электрической энергии. Они получили широкое распространение во всех отраслях промышленности. В частности, ЦН частые применения получили в перекачках воды горячего и холодного водоснабжения в городах, в перекачках нефти на нефтеперекачивающих станциях, где мощности приводных двигателей достигают до 1,5-2,5 МВт. Центробежные насосы обладают широкими пределами производительности мощности и приводных двигателей. В процессе подачи и распределения воды в сети городского водо- и теплоснабжения затрачиваются значительное количество электрической энергии в зависимости от режима функционирования насосных установок. Насосные установки, осуществляющие подачу воды в городскую сеть, работают в условиях широкого изменения диапазона нагрузок. Для этих условий выбор их эффективного, энергосберегающего способа управления, целесообразных параметров затруднен. Потребляемая центробежными насосами электроэнергия расходуется в большей степени на преодоление сил гидравлического трения в задвижках, сил трения в сальниках, подшипниках, на высоту подъема жидкости, в трубопроводах и т.п. Обеспечение различных режимов функционирования центробежных насосов для перекачивания воды осуществляется задвижками (так называемыми клапанами регулирования), демпферами и заслонами (дросселированием) при неизменной скорости приводного механизма. При этом существенные потери мощности имеют место в регулирующих элементах и напрямую связаны с преодолением дополнительных сил, возникающих при гидравлическом трении, а также потери электрической энергии по длине трубопроводов, до следующей станции насосных агрегатов. Их объём обусловлен диапазоном регулирования таких параметров на выходе, как напор и подача жидкости, и может достигать величины порядка 50% от потребляемой электроэнергии приводным механизмом. Высокий уровень автоматизации управляемого электрического привод может позволить исключить эти потери. Использование электрического привода с механизмами регулирования и его работа с применением управления мощностью будет не только способствовать уменьшению потребления энергии насосными установками, но также позволит сохранять оптимальную частоту ротации при заданных параметрах (напор и подача). Электрический привод с механизмами регулирования, а также работа при пониженной частоте вращения на протяжении значительного периода времени работы, будут способствовать значительному снижению износа как напорно-регулирующих механизмов, так и кинематических механизмов самого электропривода и насосной установки, снижению риска утечки переносимой жидкости. Плавное регулирование напора (давления) при переходном режиме с необходимой частотой воздействия (интенсивностью) позволяет снизить риски возникновения аварий, и, соответственно, опасных их последствий в трубопроводах сетей водо и теплоснабжения за счёт снижения гидравлических ударов [2]. Управляя такими параметрами режимов работы насосных установок, как изменение частоты вращения механизмов, мы имеем возможность постоянно использовать их с повышенным значением КПД, т.е. с более высокой эффективностью. Для осуществления таких задач находят применение промышленные преобразователи частоты, выпускаемые фирмами производителями, такие как АВВ, Сименс, Шнайдер-электрик и другие [4], [5], [6]. С помощью насоса с регулируемой частотой вращения можно сохранять на определённо заданном уровне давление в трубопроводах. При падении/возрастания давления до величины, отличной от заданной, частотному преобразователю поступает сигнал на повышение или снижение частоты вращения. Если частота вращения насосной установки достигает своего максимума или минимума, то либо останавливается, либо приходит в работу один из насосов постоянной частоты вращения соответственно. Из вышеизложенного следует что, применение насосных установок с регулируемой частотой вращения может способствовать [2], [3]: – недопущению существенного варьирования давления в сети; – устранению потерь, связанных с начальным регулированием потока; – уменьшению уровня шума и вибрации, а также резонансных явлений в трубопроводах сетей водо и теплоснабжения; – снизить риск водяного удара и кавитации благодаря плавному ускорению и запаздыванию работы устройства; – заменить вышедшие из употребления приборы контроля скорости, обладающие низкой эффективностью; – продлить период эксплуатации элементов конструкции насосной установки (рабочего колеса, опорных подшипников и уплотнений насоса); – эффективно управлять скоростью насоса. Все промышленные преобразователи частоты выше указанных и других фирм-производителей имеют идентичные схемы электрической силовой части, состоящий из: – выпрямителя (управляемые, полу управляемые и неуправляемые), – цепей постоянного тока, – инвертора (напряжения или тока). Большинство (до 90%) преобразователей частоты выпускается с неуправляемым выпрямителем, автономным инвертором напряжения на IJBT транзисторах (см. рис. 1). Преобразователи классифицируются в зависимости от количества фаз на однофазные и трехфазные. Система управления и программное обеспечение у каждого производителя свои [4], [5].  Рис. 1 – Схема преобразователя частоты Значительная часть (до 90%) преобразователей частоты имеют в своем составе неуправляемый выпрямитель, цепь постоянного тока, автономный инвертор напряжения. Практически ПЧ всех фирм-производителей имеют такую классическую силовую схему, где инверторы выполняются на JGBT-транзисторах и отличаются только программным обеспечением, а также изготовителями самих транзисторов. Современные преобразователи частоты имеют широкий диапазон регулирования величин частоты и напряжения на выходе. Также многие ПЧ выполнены с возможностью векториального управления, что вполне подходит для осуществления регулирования скорости вращения насосных установок, имеющих «вентиляторные характеристики» по нагрузке. На рисунке 2 можно видеть зависимость характеристик изменения напора жидкости, мощности и коэффициента полезного действия от подачи жидкости для типовых центробежных насосов. Мы знаем, что характеристики центробежного насоса имеют прямую связь с частотой вращения. Рассматривания собственно насос (без учета давления на выходе) при частоте вращения N, отличающейся от номинальной частоты вращения Nn, получим что: – подача Q пропорциональна отношению (N/N), – полный динамический напор пропорционален (N/N)2, – мощность P пропорциональна (N/N)3  Рис. 2 – Стандартные характеристики центробежного насоса Исследование энергопотребления центробежной насосной установки лучше проводить с помощью энергетической диаграммы (см. рисунок 3) [7]. Согласно кривой данной диаграммы в процессе перехода электрической энергии, потребляемой установкой, в потенциальную и кинетическую энергии перемещаемой насосом жидкости, обнаруживаются потери в четырёх основных элементах центробежной насосной установки: частотном преобразователе ∆Рпч, электрическом двигателе ∆Рдв, турбомеханизме ∆Ртм, магистрали ∆Рм. По величине коэффициента полезного действия (КПД), зависящей от многих параметров, можно судить об энергетической эффективности данной системы. Например, эффективность ПЧ имеет зависимость от расчетных величин kn; частоты тока на выходе, нагрузки, генерируемой двигателем, а эффективность двигателя имеет связь с параметрами используемой электрической машины (обмотки статора и ротора, обладающие электрическим сопротивлением, схемы соединения обмоток статора, магнитные характеристики стали и др.) Rm, нагрузка, порождаемая насосной установкой I, частота тока, потребляемого обмоткой статора f (ed) = f (Rm, f, I). Если говорить о турбомеханизме, то на его эффективность будет влиять скорость вращения вала n, угол поворота лопастей, производительность Q и напор H (тm) = f (n; Q; H; ), от кривых магистрали – производительность Qm, статический напор Hст и скоростной напор H- будет зависеть ее КПД (М =f(Qм;Hст;H) [7] Расчет и изучение взаимосвязи коэффициента полезного действия как отдельных элементов, так и всей системы, могут способствовать поиску целесообразных параметры системы, а также определению энергосберегающих режимов работы:  (1)Таким образом, через общий КПД установки, можем выразить функцию оптимизации [2], [3], [8]:  (2)Для получения максимальной эффективности работы установки, нужно провести исследование энергетических индексов отдельных компонентов рассматриваемой системы, показанные энергетической диаграммой. КПД насосной установки в целом имеет тесную взаимосвязь как с эффективностью каждого элемента системы в совокупности, так и с величинами параметров системы «частотный преобразователь – асинхронный двигатель – насосная установка». КПД также учитывает все виды потерь, связанные с преобразованием электроэнергии в механическую энергию приводного двигателя, а эту механическую энергию в энергию движущейся воды. КПД насосного агрегата и характер его изменения также существенно зависит от типа насоса и его конструктивного изменения. Потому следует подробно исследовать, а также выполнить оценку влияния данных параметров на общую эффективность центробежной насосной установки с регулируемым электрическим приводом.  Рис. 3 – Энергетическая диаграмма насосного агрегата На рисунке 3 приведена энергетическая диаграмма насосного агрегата, где показаны основные потери электрической энергии в узлах системы «ПЧ-ЭД-ЦН», начиная от преобразователей частоты до магистрали перекачки воды. |