Беляева И.И_2Б01. Реферат Частотнорегулируемый электропривод насосных агрегатов

• Название: Реферат Частотнорегулируемый электропривод насосных агрегатов
• Дата: 04.04.2023
• Размер: 281.31 Kb.
• Имя файла: Беляева И.И_2Б01.docx
• Тип: Реферат; #1036694

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральноегосударственноеавтономноеобразовательноеучреждениевысшегообразования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙТОМСКИЙПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ»



Инженерная школа природных ресурсов

21.03.01 «Нефтегазовое дело»

Реферат

«Частотно-регулируемый электропривод насосных агрегатов»

по дисциплине:

Современные энергосберегающие технологии (с учетом отраслевых особенностей)

Исполнитель: Беляева И.И.

студентка группы 2Б01

Руководитель: Чухарева Н.В.

к.х.н., доцент

Томск – 2022

Оглавлени

Современные энергосберегающие технологии (с учетом отраслевых особенностей) 1

Исполнитель: Беляева И.И. 1

Введение 3

1 Применение преобразователей частоты для насосного оборудования в нефтяной промышленности 5

2 Штанговые нефтяные насосы - работа с преобразователями частоты 6

3 Глубинные нефтяные насосные установки - управление частотными преобразователями 7

4 Преимущества ЧРП для управления насосами при добыче нефти 8

5 Описание основных элементов скважины с электроцентробежным насосом 9

6 Принцип работы частотно-регулируемого электропривода 11

Заключение 13

Список литературы 14

Введение 3

1 Применение преобразователей частоты для насосного оборудования в нефтяной промышленности 4

2 Штанговые нефтяные насосы - работа с преобразователями частоты 5

3 Глубинные нефтяные насосные установки - управление частотными преобразователями 6

4 Преимущества ЧРП для управления насосами при добыче нефти 7

5 Описание основных элементов скважины с электроцентробежным насосом 8

6 Принцип работы частотно-регулируемого электропривода 10

Заключение 12

Список литературы 13

Введение

Развитие современной техники создаёт новые возможности в эффективности работы машин, применяемых во многих областях промышленности. Вопросы энергосбережения, увеличение срока службы трубопроводов и запорной арматуры, улучшения показателей качества технологических процессов в последние годы весьма актуальны и требуют грамотных научно-технических решений. Современная научно – техническая база создала возможность широкого производства и внедрения силовых промышленных электронных устройств управления электрическими двигателями высокой мощности – частотно–регулирующими преобразователями (ЧРП). На данный момент возможности ЧРП охватывают широкий диапазон допустимых мощностей для управления машинами и агрегатами, используемых в нефтегазовой индустрии и сокращения энергозатрат на их работу.

Целью работы является исследовать частотно-регулируемые электроприводы насосных агрегатов добычи нефти.

Задачи:

• 
  Рассмотреть области применение ЧРП
  
• 
  Изучить принцип работы
  
• 
  Определить преимущества ЧРП
  

1 Применение преобразователей частоты для насосного оборудования в нефтяной промышленности

Нефтедобыча - основа российской экономики. В этой отрасли промышленности применяются самые передовые научно-технические разработки. [1]

Как известно, при добыче нефти массово используются насосные установки. Весь процесс добычи, начиная от подъёма нефти на поверхность и заканчивая её транспортировкой на переработку, обеспечивается насосными агрегатами с электродвигателями. Около половины насосов работают от асинхронных электродвигателей. Очевидно, что расход электроэнергии при таком широком использовании электродвигателей составляет немалую величину. Поэтому инженеры постоянно разрабатывают различное оборудование, позволяющее сократить потребление электроэнергии. Одним из примеров подобного оборудования являются устройства, регулирующие частоту электродвигателя - частотно-регулируемые приводы или преобразователи частоты. [1]

Принцип работы таких преобразователей основан на автоматическом изменении скорости вращения электродвигателя в зависимости от фактического расхода перекачиваемой жидкости. [1]

2 Штанговые нефтяные насосы - работа с преобразователями частоты

Всем знакомы станки-качалки. Штанговые насосы эффективно работают при добыче нефти из малодебитных скважин большой глубины. Одним из основных элементов таких установок является электродвигатель, приводящий в движение кривошипно-шатунный механизм. Как известно, такой механизм имеет существенный недостаток – неравномерность работы. Несмотря на применение системы противовесов, проблема выравнивания пиковых значений рабочих характеристик этих агрегатов не решается полностью. [1]

Применение преобразователей частоты при эксплуатации штанговых насосов позволяет не только сгладить характеристику в соответствии с рабочей нагрузкой, но ещё экономит значительное количество электроэнергии. [1]

Обеспечение плавной работы любого механизма снижает вероятность преждевременного выхода его из строя. При этом срок очередного обслуживания насоса с ЧРП увеличивается по сравнению с обычным оборудованием. [1]

Исследования показали, что внедрение ЧРП увеличивает производительность станков-качалок на 30%.[1]

3 Глубинные нефтяные насосные установки - управление частотными преобразователями

Погружные насосы для добычи нефти приводятся в действие погружным электродвигателем (ПЭД). Половина нефтедобывающих скважин оборудована такими насосами. [1]

ЧРП контролируют скорость вращения электродвигателя изменением частоты источника питания. Это оптимизирует рабочие характеристики насоса, сдвигая их в рабочую зону. [1]

Внедрение ЧРП в погружных насосах приводит к следующим результатам:

• 
  коэффициент мощности увеличивается до 0,94 (на 10%);
  
• 
  межремонтный период увеличивается в 3-4 раз;
  
• 
  увеличение дебита скважины на 20-30%.
  

Следует отметить, что экономия энергии наблюдается не только за счёт сокращения потребления её электродвигателем. Гораздо больший экономический эффект достигается за счёт увеличения межремонтного периода. При этом срок окупаемости ЧРП составляет минимальную величину. [1]

4 Преимущества ЧРП для управления насосами при добыче нефти

По сравнению с другими энергосберегающими технологиями, ЧРП стоят гораздо дешевле. Поэтому такие приводы - наиболее приемлемое решение для экономии ресурсов в нефтяной промышленности.

Частотно-регулируемые приводы пока ещё недостаточно распространены в области нефтедобычи. Но преимущества таких устройств очевидны. [1]

• 
  Значительно снижение потребления электроэнергии.
  
• 
  Возможность использования ЧРП в составе комплексной схемы управления всем процессом работы, в том числе в автоматизированных системах.
  
• 
  Снижение работы оборудования вхолостую.
  
• 
  Увеличение межремонтного периода.
  
• 
  Возможность применения ЧРП для любого типа электрического оборудования.
  
• 
  Быстрая окупаемость затраченных средств.
  

5 Описание основных элементов скважины с электроцентробежным насосом

Применение частотно-регулируемого асинхронного электропривода позволит уже в ближайшее время если не полностью отказаться от станков качалок, то значительно сократить их количество.

На рис. 1 приведена скважина с погружным электроцентробежным насосом. Погружной трех фазный асинхронный двигатель – 3 с короткозамкнутым ротором получает питание по трехжильному бронированному кабелю – 4. Так как диаметр асинхронного двигателя – 3 в скважине ограничен, при больших его установленных мощностях он имеет большую длину и выполняется секционным. Для увеличения надежной работы двигателя он заполняется маслом с высокой диэлектрической прочностью, близким по свойствам с трансформаторным маслом. Для выравнивания давления масла в двигателе и пластовой жидкости служит компенсатор давления – 1. Пластовая жидкость поступает в колонну через прорези – 2 в колонне, в нижней ее части. Изменения давления масла в асинхронном двигателе – 3 вследствие его нагрева или увеличения глубины погружения приводят к тому, что эластичная диафрагма компенсатора – 1 деформируется, выравнивая давление. Это уменьшает вероятность попадания механических примесей в электродвигатель, увеличивая межремонтный период. [2]

Протектор – 5, расположенный между асинхронным двигателем и насосом, отделяет электродвигатель, заполненный маслом, от насоса, заполненного пластовой жидкостью, и при этом передает вращение от двигателя к насосу. Протектор – 5 защищает двигатель от попадания пластовой жидкости в маслонаполненный электродвигатель со стороны насоса и предотвращает утечку масла при передаче вращения от электродвигателя к насосу. [2]

Газосепаратор – 6 используется для снижения количества газа на входе в насос. Газосепаратор удаляет газ в затрубное пространство и исключает образование газовых пробок в насосе, благодаря чему повышается срок его службы, а вместе с тем и всей скважины. [2]

Многоступенчатый центробежный насос – 7 отличается малым диаметром рабочих ступеней и большим их количеством, доходящим до нескольких сотен. Длина насоса может достигать 6 м. Приемные отверстия насоса и фильтр расположены в нижней его части. Верхний и нижний концы вала насоса установлены в подшипниках скольжения. При большой длине насоса возникающие радиальные вибрации гасятся дополнительными радиальными подшипниками, установленными по длине насоса. [2]

В колонне с центробежным насосом установлен обратный клапан – 8. Он удерживает закаченную в насосно-компрессорную трубу – 10 пластовую жидкость при плановых или аварийных остановках ЭЦН для исключения обратного вращения насоса под действием гидростатического напора жидкости, оставшейся в трубе. Сливной клапан – 9 обеспечивает возврат в затрубное пространство пластовой жидкости. [2]

Многоступенчатый центробежный насос – 7 со всем вспомогательным оборудованием (рис. 1) опускают в скважину на колонне насосно-компрессорных труб и подвешивают на шайбе – 11 без дополнительного крепления к скважине. [2]



Рис. 1. Основные элементы скважины с электроцентробежным насосом

6 Принцип работы частотно-регулируемого электропривода

Метод преобразования частоты основывается на следующем принципе. Как правило, частота промышленной сети составляет 50 Гц. Для примера возьмём насос с двухполюсным электродвигателем. С учётом скольжения скорость вращения двигателя составляет около 2800 (зависит от мощности) оборотов в минуту и даёт на выходе насосного агрегата номинальный напор и производительность (так как это его номинальные параметры, согласно паспорту). Если с помощью частотного преобразователя понизить частоту и амплитуду подаваемого на него переменного напряжения, то соответственно понизятся скорость вращения двигателя, и, следовательно, изменится производительность насосного агрегата. Информация о давлении в сети поступает в блок частотного преобразователя от специального датчика давления, установленного у потребителя, на основании этих данных преобразователь соответствующим образом меняет частоту, подаваемую на двигатель. [3]

Современный преобразователь частоты имеет компактное исполнение, пыле- и влагозащищённый корпус, удобный интерфейс, что позволяет применять его в самых сложных условиях и проблемных средах. Диапазон мощности весьма широк и составляет от 0,18 до 630 кВт и более при стандартном питании 220/380 В и 50-60 Гц. Практика показывает, что применение частотных преобразователей на насосных станциях позволяет [3]:

• 
  экономить электроэнергию (при существенных изменениях расхода), регулируя мощность электропривода в зависимости от реального водопотребления (эффект экономии 20 %);
  
• 
  снизить расход воды, за счёт сокращения утечек при превышении давления в магистрали, когда расход водопотребления в действительности мал (в среднем на 5 %);
  
• 
  уменьшить расходы (основной экономический эффект) на аварийные ремонты оборудования (всей инфраструктуры подачи воды за счет резкого уменьшения числа аварийных ситуаций, вызванных в частности гидравлическим ударом, который нередко случается в случае использования нерегулируемого электропривода (доказано, что ресурс службы оборудования повышается минимум в 1,5 раза);
  
• 
  достичь определённой экономии тепла в системах горячего водоснабжения за счёт снижения потерь воды, несущей тепло;
  
• 
  увеличить напор выше обычного в случае необходимости;
  
• 
  комплексно автоматизировать систему водоснабжения, тем самым снижая фонд заработной платы обслуживающего и дежурного персонала, и исключить влияние «человеческого фактора» на работу системы, что тоже немаловажно.
  

По имеющимся данным срок окупаемости проекта по внедрению преобразователей частоты составляет от 3 месяцев до 2 лет.

Заключение

Регулирование насосного оборудования с помощью изменения частоты вращения позволяет не только экономить энергию, но и оптимизировать технологические процессы перекачивания различных жидкостей.

Нефтяники прогнозируют массовое внедрение преобразователей частоты на электродвигателях в течении ближайших лет. Это обусловлено описанными выше преимуществами таких устройств, а также увеличением общего потребления электроэнергии в отрасли, вызванной резким увеличением объёмов добычи.

Стоимость электроэнергии в затратах на эксплуатацию насосов составляет примерно 40%. Так как наблюдается постоянный рост тарифов на электроэнергию, нефтяники серьёзно задумались об экономии энергопотребления, в частности о внедрении частотно-регулируемых приводов для насосных агрегатов.

Список литературы

1. 
   Преобразователи частоты для насосов [Электронный ресурс] // elektroprivodprom.ru: http://elektroprivodprom.ru/blog/62-primenenie-preobrazovatelei-chastoti-dlja-nasosov-podjema-nefti.html (дата обращения: 04.12.22).
   
2. 
   ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОКДОБЫЧИ НЕФТИ [Электронный ресурс] // earchive.tpu.ru URL: https://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/57250/1/bulletin_tpu-2019-v330-i12-18.pdf (дата обращения: 04.12.22).
   
3. 
   Частотно-регулируемый привод [Электронный ресурс] // ВикипедиЯ URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Частотно-регулируемый_привод (дата обращения: 04.12.22).