Энергоэффективность транспортировки нефти при использовании частотных силовых. Энергоэффективность транспортировки нефти при использовании част. Транспорта и хранения нефти и газа дипломный проектработа тема работы Энергоэффективность транспортировки нефти при использовании частотных силовых преобразователей на центробежных насосах
 Скачать 2.66 Mb.
|
|
3.3 Анализ работы насосного оборудования на прямом пуске и с ЧРП При планировании режимов работы нефтепровода для каждого технологического участка нефтепровода составляется карта технологических режимов (КТР), в которой приводится перечень всех возможных режимов перекачки. Для каждого режима указывается производительность нефтепровода и способ его реализации. Выделены 3 основных режимы работы НМП: I: В работе находятся 1 и 2 позиции НА. II: В работе находятся 1 и 5 позиции НА. III: В работе находятся 4 и 5 позиции НА. Таблица 3 – Карта технологических режимов --------- при работе в режиме прямой пуск (регулировка производительности достигается путём дросселирования потока запорно-регулирующей арматурой на выходе каждого насосного агрегата) 1:ЦНС 300-300 2:ЦНС 300-300 3:ЦНС 300-300 4:ЦНС 500-560 5:ЦНС 500-560 Включение В работе В работе В резерве В резерве В резерве Давление на входе насоса ---- МПа --- МПа – – – Давление на выходе насоса --- МПа --- МПа – – – Давление сети ---- МПа Расход ---- м 3 /ч Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 43 Основные технологические решения Продолжение таблицы 3 3.3.1 Определение необходимости пересчёта заводских напорных характеристики своды на нефть Необходимо оценить целесообразность пересчёта паспортных характеристик (напора, подачи, допустимого кавитационного запаса, кпд, мощности, приведённых заводом-изготовителем для воды, в случае отклонения свойств транспортируемой жидкости от свойств воды При транспортировке маловязких нефтей и нефтепродуктов вышеперечисленные Включение В работе В резерве В резерве В резерве В работе Давление на входе насоса ---- МПа – – – ---- МПа Давление на выходе насоса ---- МПа – – – --- МПа Давление сети --- МПа Расход --- м 3 /ч Включение В резерве В резерве В резерве В работе В работе Давление на входе насоса – – – ---- МПа --- МПа Давление на выходе насоса – – – --- МПа --- МПа Давление сети --- МПа Расход --- м 3 /ч Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 44 Основные технологические решения характеристики изменений не претерпевают. Однако с ростом кинематической вязкости перекачиваемой жидкости они ухудшаются. Пересчёт характеристик необходим, если кинематическая вязкость транспортируемой жидкости t при заданной температуре перекачки t = t п.н попадает на интервал п t доп , (3.3.1) доп для насосов ЦНС 500-560 и ЦНС 300-300 составляет -мс, температура перекачки t П.Н. = ---- С. Кинематическая вязкость находится по формуле t = t / t , (3.3.2) где t – плотность нефти при t П.Н. , кг/м 3 . t – динамическая вязкость (Пас) перекачиваемой жидкости при t = t П.Н. , которая находится по известной формуле Рейнольдса-Филонова: ) ( Л Н П t t Л t е , при -С t П.Н. 80 С , (3.3.3) где – коэффициент крутизны вискограммы (принимаем = 0,025); Л – динамическая вязкость, измеренная в лаборатории при температуре измерения t Л Так как лабораторные измерения проводятся по параметру кинематической вязкости, требуется перевод значения в динамическую вязкость. л = 8,75 сСт = 8,75 · 10 -6 мс, Л = 3 С Л = л · t , (3.3.4) где t – плотность нефти. t = ---- кг/м 3 ; Л = ----- = 0,008 Пас Отсюда, при температуре перекачки t П.Н. = 38 С t = ------- = 0,003 Пас Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 45 Основные технологические решения Произведём обратный перевод значения в кинематичесую вязкость t = ---- = 3,46 · 10 -6 мс . Чтобы вычислить значение П , определяющее необходимость пересчёта коэффициентов в напорной характеристике насоса, необходимо найти число Re H , называемое числом Рейнольдса в насосе, и сравнить его с переходным числом Рейнольдса П t K H D n 2 Re , (3.3.5) где t – кинематическая вязкость перекачиваемой жидкости (в мс D K – соответственно диаметр (в м) рабочего колеса насоса n – и число оборотов (в с. Насос ЦНС 500-560 Н = 24,58·0,53 2 3,46·10 -6 = Коэффициент быстроходности n s рассчитывается по формуле n s = в. опт. n вс ) 0,5 ( H в.опт. n к ) 0,75 (где n – число оборотов ротора рабочего колеса насоса, об/мин Q в.опт – подача насоса при работе на воде с максимальным кпд, м 3 /ч; H в.опт – напор насоса при работе на воде с максимальным кпд, м вс – число сторон всасывания рабочего колеса к – число последовательно установленных рабочих колёс (ступеней насоса Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 46 Основные технологические решения n s = 3,65·24,58· 500 0,5 ( 560 7 Величина переходного числа Рейнольдса П, вычисляется по формуле 305 , 0 5 10 П, (3.3.7) Re П = -------- = 84683 Так как Re H П – характеристика насоса не зависит от вязкости перекачиваемой жидкости, а зависит только от диаметра и угловой скорости вращения рабочего колеса. Таким образом, в пересчёте (Q – H) - характеристики своды на вязкую жидкость нет необходимости. Критическое значение вязкости нефти П, выше которого необходим пересчёт напорной характеристики П K П nD Re 2 (3.3.8) П > 24,58·0,53 2 84683 = мс 81,5 сСт Насос ЦНС 300-300 Число Рейнольдса в насосе Re H : Н = 24,58·0,44 2 3,46·10 -6 = Коэффициент быстроходности n s : n s = 3,65·24,58· 300 0,5 ( 300 5 Величина переходного числа Рейнольдса П Re П = 3,16 · 10 5 · 72,081 –0,305 = 85713,9 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 47 Основные технологические решения В данном случае, так как Re H Re П пересчёт характеристик насоса также производить не требуется. Критическое значение вязкости нефти П П > 24,58·0,44 2 85713 = мс 55,5 сСт 3.3.2 Уравнения для КПД магистральных насосов при номинальной частоте вращения Основным фактором, за счет которого достигается снижение расхода электроэнергии при использовании ЧРП, является повышение коэффициентов полезного действия (КПД) насосов при снижении их частоты вращения. После замены перекачки на прямом пуске режимами с использованием ЧРП часть насосных агрегатов технологического участка будут иметь частоту вращения ниже номинального значения, в то время как другая часть насосных агрегатов могут работать с номинальной частотой вращения. При этом КПД насосов будут изменяться как при изменении подачи, таки при изменении частоты вращения. Основное назначение определения КПД магистральных насосов в режимах с использованием ЧРП – использование полученных значений КПД для оценки снижения расхода электроэнергии на перекачку при использовании ЧРП. Зависимость КПД насоса от подачи при номинальной частоте вращения приводится в паспортных данных насосав виде графической зависимости КПД от подачи η = f(Q). Графическая зависимость КПД от подачи насоса может быть аппроксимирована аналитической функцией. Наибольшее распространение для КПД насосов получили аппроксимации степенными функциями от подачи второго и третьего порядка. В [3] для КПД магистральных насосов рекомендуется степенная функция второго порядка 2 н 2 н 1 0 Q с Q с с , (3.3.9) Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 48 Основные технологические решения где с, с, с – коэффициенты аппроксимации, полученные методом наименьших квадратов, о.е, см и см соответственно н – подача насоса при номинальной частоте вращения, в м 3 /час. Для расчёта коэффициентов пос, с, с составляется система уравнений стремя неизвестными. Для насоса ЦНС 300-300: { с 0 +с 1 ·220+с 2 ·220 2 = 0,62 с 0 +с 1 ·300+с 2 ·300 2 = 0,7 с 0 +с 1 ·360+с 2 ·360 2 = 0,67 (3.3.10) Для насоса ЦНС 500-560: { с 0 +с 1 ·380+с 2 ·380 2 = 0,7 с 0 +с 1 ·500+с 2 ·500 2 = 0,73 с 0 +с 1 ·600+с 2 ·600 2 = 0,7 (3.3.11) Решая систему уравнений стремя неизвестными, находим искомые коэффициенты. Результаты вычисления представлены в таблице 3.1. Таблица 3.1 Коэффициенты аппроксимации характеристик насосов ЦНС Q–η с 0 с 1 с 2 ЦНС 300-300 -0,30714 0,00657 -0,0000107 ЦНС 500-560 0,13 0,00245 -0,0000025 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 49 Основные технологические решения По формуле (3.3.9) определяются КПД насосов, работающих при номинальной частоте вращения. Для первого режима в работе находятся два агрегата ЦНС 300-300, при этом задаётся расход ---- м 3 /ч, расход делится на каждый из агрегатов в равной степени Q 1,2 = ---- = 259 м 3 /ч. η ЦНС 300-300 = ---------------------- = 0,6768 Для второго режима, в котором используется параллельное включение двух агрегатов с разными Q-H характеристиками пуск производится в следующей последовательности 1) запускается насос пятой позиции ЦНС 500-560, выводится в режим максимального КПД с рабочей точкой 500 м 3 /ч; 2) запускается насос первой позиции ЦНС 300-300, который, в свою очередь, путём регулировки запорно-регулирующей арматуры выводится на соответствующий режим для достижения целевого расхода жидкости в установке. Таким образом, на втором режиме Q ЦНС300-300 = -------- = 200 м 3 /ч. η ЦНС 500-560 = --------------------------------------- = 0,73 η ЦНС 300-300 = --------------------------------------- = 0,5789 Третий режим подразумевает пуск двух насосов одного типа, соответственно расход также как и для режима 1 будет распределяться поровну на каждый из работающих агрегатов. Q 4,5 = ----- = 410 м 3 /ч. η ЦНС 500-560 = ----------------------------------------- = 0,7142 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 50 Основные технологические решения 3.3.3 Расчёт КПД магистральных насосов приуменьшении частоты вращения ротора Определяется КПД нерегулируемого дроссельной заслонкой насосав режиме с использованием ЧРП и КПД магистрального насоса при частоте вращения меньше номинальной. При использовании ЧРП КПД нерегулируемого насоса изменится и будет равен 2 2 2 1 0 Q с Q с с (3.3.12) где ω – относительная частота вращения ном) где n – число оборотов ротора насоса, сном номинальное число оборотов насоса, с ; В соответствии с характеристиками насосного агрегата, при частоте тока питающей сети 50 Гц ротор насоса вращается на номинальной частоте 1475 об/мин. Соответственно требуется пересчёт оборотов ротора насосав зависимости от задания на ЧРП Триол. Таблица 3.3 Пересчёт параметров вращения ротора ЦНС в зависимости от установки задания ЧРП Триол (с шагом 5 Гц) Задание ЧРП Триол, Гц 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Частота ротора, об/мин 295 442,5 590 737,5 885 1032,5 1180 1327,5 1475 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 51 Основные технологические решения Продолжение таблицы 3.3 Относительная частота, ω 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Частота ротора, с 4,916 7,375 9,833 12,29 14,75 17,20 19,66 22,12 24,58 Экспериментально получены данные для каждого из режимов при работе на ЧРП при частоте вращения меньше номинальной 3) Для включения насосов в первом режиме, задание ЧРП Триол равно 40 Гц для обоих насосов ЦНС 300-300. 4) Для второго режима устанавливаются следующие параметры ЦНС 500- 560: 50 Гц, ЦНС 300-300: 35 Гц. 5) Для третьего режима работы НМП, параметр задания обоих насосов ЦНС 500-560 устанавливается равным 45 Гц. Таким образом, (по 3.3.12) становится возможным определение КПД насосных агрегатов при сниженной частоте вращения ротора. Режим 1: η ЦНС Гц -------------------------------= 0,6984 Режим 2: η ЦНС Гц ------------------------------------= 0,6965 η ЦНС Гц 0,73 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 52 Основные технологические решения Режим 3: η ЦНС Гц -----------------------------------------= Результаты расчётов заносятся в сводную таблицу. Таблица 3.4. Расчёт КПД насосных агрегатов при номинальной и сниженной частоте вращения ротора № Режима Насосный агрегат η без ЧРП η с ЧРП Режим 1 ЦНС 300-300 0,6768 0,6984 Режим 2 ЦНС 300-300 0,5789 0,6965 ЦНС 500-560 0,73 0,73 Режим 3 ЦНС 500-560 0,7142 0,728 Очевидно, КПД регулируемого насосного агрегата выше чем нерегулируемого. При этом, значительное увеличение разницы КПД между схемами включений проявляется при снижении расхода насосного агрегата, то есть чем ближе значение относительной частоты вращения к значению относительной подачи тем ближе КПД к номинальному значению. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 53 Основные технологические решения 4. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ Основными потребителями электроэнергии при перекачке нефти по трубопроводам являются электроприводы магистральных насосов . Мощность приводов МН площадки -------- достигает 2 МВт. При этом расход электроэнергии на привод МН составляет до 85 % от общего расхода электроэнергии установки. Поэтому наибольший эффект мероприятий по энергосбережению при трубопроводном транспорте нефти всегда стремились получить именно за счет повышения эффективности работы МН. Проблема оптимизации режима работы МН технологического участка поднималась еще в х годах XX века. Однако в те годы внедрение частотно-регулируемого электропривода было невозможно в связи с отсутствием надежной и доступной силовой электроники. Поэтому оптимизация режима работы МН основывалась на подборе комбинации включенных МН и величины дросселирования. С середины восьмидесятых годов прошлого века все большее внимание уделяется частотно-регулируемому электроприводу МН. В данной части приведены экономические расчеты строительно-монтажных работ, оценка эффективности и сроки окупаемости силовых частотных преобразователей площадки ------------------------ с 4 квартала 201- г. по 1 квартал 201- г. 4.1 Продолжительность строительства. Календарный план строительства. Продолжительность строительства объекта определена согласно рекомендации [27, том 1, раздел А. черт Нормативная продолжительность строительства объекта определена последующей формуле ТА СМР А2 , (4.1) Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 54 Энергоэффективность транспортировки нефти при использовании частотных силовых преобразователей на центробежных насосах Разраб . Чулик К.Е.. Руковод. Рудаченко А.В. Консульт. Вазим А.А. Зав. Каф. Рудаченко А.В. В. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение Лит. Листов ТПУ гр. З-2Т00 где Т – расчетная продолжительность строительства основных объектов А, А – коэффициенты, отражающие конструктивные решения и структуру строительно-монтажных работ проектируемых объектов [27]. СМР = ----- тыс. руб. – стоимость строительно-монтажных работ (в ценах 1984 г) Т = 6,51·0,397 0,45 = 4,3 мес. Таким образом, расчетная продолжительность строительства объекта определена в 4 месяца, в том числе подготовительный период 0,5 месяц. Распределение капитальных вложений и СМР по периодам строительства приведены в календарном плане строительства (таблица 13), который охватывает весь комплекс работ по объекту «----------------------». Распределение капвложений, прежде всего, будет определяться директивно, в соответствии с объемом ежегодных инвестиций и обстановкой, складывающейся входе строительства. Таблица 4.1 – Календарный план строительства Наименование работ, видов затрат Сметная стоимость тыс. руб) Распределение по периодам строительства Общая СМР IV квартал 201- г. I квартал 201- г. 1 2 3 4 5 Отвод земельного участка ---- ---- Подготовительные работы ---- ---- ---- --- Компенсационные платежи за нанесенный ущерб природной среде ---- ---- Сбор исходных данных --- ---- Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 55 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение Продолжение таблицы 4.1 Силовой преобразователь Триол АТ (5 блоков) --- ---- ------ ------ Сети электрические ------ ------ ------ ------- ------- ------ Молниеотвод (2 шт) ----- ---- ------ ---- АСУ ТП ------ ------- ------ ----- Проезды и площадки ---- --- ----- ----- Вертикальная планировка --- ---- ------- ------ Благоустройство и озеленение ---- ----- ---- Прочие работы и затраты ----- ----- ------ ------- Проектные и изыскательские работы ----- Непредвиденные работы и затраты ----- ----- Стоимость гидронамывного грунта ---- ------ НДС ----- ------ ВСЕГО КАПЗАТРАТ |