5. Регулирование с помощью сменных роторов

Большинство современных магистральных насосов укомплектовано сменными роторами на пониженную подачу 0,5 Q_НОМ и 0,7 Q_НОМ. Кроме того, насос НМ 10000-210 укомплектован сменным ротором на 1,25 Q_НОМ.

Сменные роторы имеют частные характеристики (рисунок 8).

Применение сменных роторов является экономичным на начальной стадии эксплуатации нефтепровода, когда не все перекачивающие станции построены, и трубопровод не выведен на проектную мощность (поэтапный ввод нефтепровода в эксплуатацию). Эффект от установки сменных роторов можно получить и при длительном уменьшении объема перекачки.

Рисунок 1.8 - Характеристика насоса со сменными роторами:

H₁, H₂, H₃ – напор 1, 2 и 3 насосов соответственно;

η₁, η₂, η₃ – КПД 1,2 и 3 насосов соответственно.

6. Подрезка рабочих колес

В процессе эксплуатации насоса иногда отпадает необходимость его работы в верхней области поля Q-H. Это ведет к снижению расходов на электроэнергию и нагреву проточного тракта, которые могут составлять существенные величины.

В этом случае целесообразно произвести обточку (или подрезку) рабочего колеса по наружному диаметру, как правило, в одноколесных насосах.

Величина обточки обычно колеблется в пределах 10-15 % от наружного диаметра рабочего колеса, редко достигает и 20 %. При этом появляется новое рабочее колесо с новым рабочим полем Q-H, которое располагается ниже и левее старого поля. Подача (Q) такого насосного агрегата снижается пропорционально отношению нового и старого диаметров рабочего колеса, а напор изменяется по квадратичной зависимости. В принципе, обточка рабочего колеса позволяет заменить электродвигатель на менее мощный, но с тем же числом оборотов.

Обточка рабочих колес по наружному диаметру:

- при 60< n_S<120 допускается обрезка колес до 20%;

- при 120< n_S<200 – до 15%;

- при n_S =200300 – до 10%.

где ns – коэффициент быстроходности.

(13)

(14)

(15)

(16)

где Q_З, H_З – подача, напор и потребляемая мощность, соответствующие заводскому диаметру рабочего колеса D_З;

Q_У, H_У– то же при уменьшенном диаметре рабочего колеса D_У.

Способ регулирования за счет обточки рабочего колеса может быть эффективно использован при установившемся на длительное время режиме перекачки. Следует отметить, что уменьшение диаметра рабочего колеса сверх допустимых пределов приводит к нарушению нормальной гидродинамики потока в рабочих органах насоса и значительному снижению КПД.

2. Программный комплекс «гранс»

Магистральный нефтепровод и нефтеперекачивающие станции (НПС), работающие на нем, составляют единую гидравлическую систему (для технологического участка), вследствие этого факта под режимом работы понимается совместная работа НПС (насоса/насосов) и трубопровода. Режимы работ может быть определены двумя путями: графически или аналитически. В зависимости от характеристик насосно-силового оборудования и характеристик трубопроводов образуются различные режимы работ, которые в свою очередь зависят от технологических схем работы нефтепроводов. Существуют две принципиальные схемы работы [31]:

1. С подключенными резервуарами или «мягкая схема»;

2. Схема «из насоса в насос» или «жесткая схема».

Характерной чертой первой схемы является наличие на перекачивающих станциях резервуарных парков, которые являются своеобразными буферами, служащими для сглаживания неравномерностей в объемах перекачки на различных участках нефтепровода и как правило подпорных насосных, необходимых для создание необходимого минимального подпора для основных магистральных насосов. Давление на приеме НПС, работающих по такой схеме составляет 1-4,5 атм., и определяется уровнем взливов в резервуарном парке и местным сопротивлением участка трубопровода от камеры приема-пуска до приема подпорного агрегата или наличием на конечном участке узлов учета нефти. На таких трубопроводах возможны сравнительно небольшое количество режимов работы. К ним относятся, работа на следующую НПС одним или несколькими агрегатами; работа НПС, минуя одну или несколько НПС одним или несколькими насосными агрегатами. В зависимости от протяженности нефтепровода и допустимых давлений на НПС число режимов работ может составлять от одного до нескольких десятков. Расчеты режимов работ проводятся по известным формулам [1].

Вторая схема работы характеризуется соответственно отсутствием на НПС (кроме головных) резервуарного парка и подпорных насосов на технологическом участке. Для обеспечения нормальной (безкавитационной) работы основных магистральных насосов на промежуточные НПС (без резервуаров) передается подпор (давление обеспечивающие безкавитационный режим работы магистральных насосов). Другой отличительной чертой второй схемы является большое количество возможных комбинаций в работе и как следствие большое количество возможных режимов работы. При работе МН (технологических участков МН) возможны различные технологические схемы работы за счет изменения различных параметров. Рассмотрим их подробнее:

1. Включение/отключение НПС;

Изменение данного параметра ведет к изменению количества возможных комбинаций и как следствие к изменению ряда оптимальных режимов.

2. Включение/отключение лупингов;

При изменении данного параметра меняется величина эквивалентного диаметра и как следствие изменяются параметры гидродинамических расчетов и ряд оптимальных режимов.

3. Включение/отключение насосов на НПС;

Изменение данного параметра аналогично п.1. и приводит к соответствующим результатам.

4. Включение/отключение резервных ниток (дюкеров);

Аналогично п.2

5. Включение/отключение участков параллельных нефтепроводов;

Аналогично п.2

6. Ограничений давлений по НПС и по трассе трубопроводов;

Вводит дополнительные ограничения при определении режимов работы и как следствие приводит к изменению конечного результата.

7. Подключение/отключение сбросов и подкачек;

Приводит к изменению распределения давлений по участкам нефтепроводов и, как следствие, к изменению конечных результатов.

8. Включение/отключение параллельных нефтепроводов;

Аналогично п.2

9. Использование различных типов насосно-силового оборудования.

Приводит к изменению режимов работ за счет изменения характеристик насосно-силового оборудования.

Для выполнения всех данных операций, просчета режимов работы оборудования НПС, а также для выбора оптимального режима был разработан программный комплекс «Гидравлический расчет нефтепроводных систем» (ГРАНС), позволяющий решать следующие задачи:

1. Моделирование технологического участка МН;

Обеспечивает выбор: схемы работы МН; количества НПС; параметров МН (длина, диаметр, наличие перевальных точек и т.д.); наличие точек поступления/сброса; тип и количество насосно-силового оборудования.

2. Определение ряда оптимальных режимов для технологического участка;

3. Определение объема перекачки при выбранном количестве насосно-силового оборудования;

4. Определение оптимального режима работы МН для заданного объема перекачки;

5. Расчет оптимальных режимов работ двух МН;

6. Идентификация паспортных и фактических характеристик насосно-­силового оборудования и линейной части МН.

Для задач 2-5 возможны следующие варианты расчетов:

• Определение режимов работ и оптимальных параметров нефтепроводов при различных критериях оптимизации (объем потребления электроэнергии; затраты электроэнергии) и для различных условий (параметров) изменения технологических схем работы МН.

• Изменение условий (параметров) реализации технологических схем работы нефтепроводных систем за счет:

• включение/отключение НПС;

• включение/отключение насосов на НПС;

• включение/отключение участков параллельных нефтепроводов;

• ограничений давлений по НПС и по трассе МН;

• использование различных типов и количества насосно-силового оборудования.

Комплекс программ предназначен для построения топологических схем нефтепроводных систем произвольной конфигурации; задания и изменения параметров математических моделей нефтепроводных систем и их гидравлического расчета.

Комплекс программ обеспечивает построение схемы нефтепроводной системы нефтепроводов (по информации из баз данных).

Программный комплекс позволяет:

• с помощью перемычек объединять несколько нефтепроводов в одну гидравлически связанную систему;

• отключать фрагменты нефтепроводов и перемычки;

• вводить в состав системы местные сопротивления и заслонки с САР, а также пункты поступления и сброса нефти;

• менять состав насосов, сменных роторов и двигатели на НПС;

• включать и отключать агрегаты на НПС;

• выполнять гидравлический расчет системы;

• сохранять и загружать системы нефтепроводов и их режимы из общей для всего комплекса программ базы данных MS Access.