Классификация методов регулирования

	Группа методов, направленная на изменение параметров НПС	Группа методов, направленная на изменение параметров ЛЧ
«Дискретное» регулирование	- использование сменных роторов - обточка рабочих колёс насосов^1 - изменение схемы включения насосов	изменение схемы включения ЛЧ
«Плавное» регулирование	- дросселирование^2 - байпассирование^2 - изменение частоты вращения вала насоса	применение противотурбулентных присадок
Примечания 1. Метод позволяет производить «плавное» регулирование технологических параметров НПС, но количество и объёмы обточек ограничены, в тоже время метод не позволяет обеспечивать плавное регулирование в процессе эксплуатации 2. Методы можно отнести к группе, направленной на изменение параметров ЛЧ, однако эти изменения касаются гидравлических характеристик трубопроводов НПС, а следовательно и суммарной характеристик НПС

5.4.4 Дискретное регулирование характеристик НПС

Большинство современных магистральных насосов укомплектовано сменными роторами на подачу 0,5· Q_Н, 0,7 ·Q_Н и 1,25 ·Q_Н, которые имеют различные характеристики (рис. 5.14). Установка сменных роторов позволяет произвести дискретное изменение напора для каждого магистрального (на 20–30 м) и расхода в МН см рис. 5.14.

Применение сменных роторов как средства регулирования наиболее эффективно на начальной стадии эксплуатации МН, когда не все НПС построены, и трубопровод не выведен на проектную мощность, так как применение сменных роторов ведёт также к изменению зависимости КПД насоса от расхода. Эффект от установки сменных роторов можно получить и при длительном уменьшении объема перекачки.

Обточка рабочих колес магистральных насосов по наружному диаметру позволяет более тонко регулировать изменение напора насоса и расхода в МН (см. рис. 5.15) и применяется в трубопроводном транспорте нефти достаточно часто, хоть и является наиболее нежелательный метод регулирования, так как является необратимым.

Согласно рекомендации [2] обточку рабочих колес, в зависимости от величины коэффициента быстроходности n_S, можно выполнять в следующих пределах:

- при 60< n_S <120 – до 20% наружного диаметра;

- при 120< n_S <200 – до 15% наружного диаметра;

- при n_S =200¼300 – до 10% наружного диаметра.

Пересчет характеристики магистрального насоса при обточке рабочего колеса выполняется по формулам подобия [1, 2, 10]:

(5.72)

; (5.73)

, (5.74)

где Q, H и N – подача, напор и потребляемая мощность, соответствующие заводскому диаметру рабочего колеса D ₂;

Q_об, H_об и N_об – то же при уменьшенном диаметре рабочего колеса D _{2 об} .

Выразим напор, создаваемый насосом с обточенным рабочим колесом из уравнения (5.73)

. (5.75)

Если в уравнение (5.75) подставим зависимость создаваемого насосом напора от расхода (3.1) с учётом (5.72), то получим

. (5.76)

Подставив во второе слагаемой выражения (5.76) уравнение (5.72), получим характеристику насоса с обточенным рабочим колесом

, (5.77)

откуда можно найти необходимый диаметр обточенного колеса

. (5.78)

Q_об и H_об определяются по гидравлической характеристике трубопровода, при этом как правило задаются величиной D H, после определения H_p и Q_p.

Нетрудно заметить, что все подобные режимы, для которых применимы уравнения (5.72)–(5.74) лежат на кривой H = С × Q ² (см. рис. 5.15), которая называется параболой подобных режимов. При этом режим насоса с заводской характеристикой и режим работы насоса с обточенным рабочим колесом при работе на один и тот же трубопровод не являются подобными. Однако зная степень обточки или D_об можно определить все подобные режимные точки для характеристики после обточки по формуле (5.77).

В настоящее время, как правило, все НПС одного эксплуатационного участка МН укомплектованы насосами одного типа, но с разными диаметрами рабочих колёс, в том числе обточенными. Всё это обеспечивает возможность более тонкого изменения производительности МН (большее число дискретных режимов) при изменении схемы включения насосов. Такой метод регулирования (изменение схемы включения) является самым распространённым.

Анализируя рис. 5.16а нетрудно заметить, что наибольший расход при работе на трубопровод даёт та схема включения, которая обеспечивает больший напор, при этом при последовательной схеме суммируются напоры, развиваемые каждым отдельным агрегатом, а при параллельной схеме – суммируются подачи, т.е. уменьшается подача каждого из параллельно работающих насосов, а следовательно увеличивается создаваемый ими напор, однако такая схема не позволяет получить напор выше максимально возможного напора для одного насоса.

На МН целесообразно использование последовательного соединения насосов, так как трубопровод имеет достаточно крутую характеристику (см. рис. 5.16). При этом последовательно соединённые насосы работают с большей, чем при параллельном соединении, подачей (Q_B>Q_C), а также с более высоким суммарным напором (H_B>H_C) и КПД (см. рис. 5.16а). Параллельное соединение насосов более предпочтительно при работе на трубопровод с пологой характеристикой (Q_F>Q_E, H_F>H_E) (см. рис. 5.16а).

Таким образом, как правило, под регулированием изменением схемы включения насосов понимается изменение последовательной схемы включения за счёт включения–отключения части агрегатов. Эта операция позволяет дискретно изменить суммарный развиваемый станциями напор на величину, кратную 200–300 метрам.

Рис. 5.16. Совмещенная характеристика МН и НПС при регулировании изменением схемы включения насосов: а – сравнение последовательной и параллельной схемы включения; б – циклическая перекачка

Для обеспечения планового объёма перекачки за расчётный период организуется так называемая [2, 27] циклическая перекачка, при которой эксплуатация МН осуществляется на двух режимах (рис. 15.6б): часть планового времени t_A перекачка ведется на повышенном режиме с производительностью Q_A>Q_пл, а остаток времени t_B МН работает на пониженном режиме с меньшим числов включенных насосов и производительностью Q_B<Q_пл. Параметры циклической перекачки определяются решением системы уравнений

(5.79)

где V_пл – плановый (суточный, годовой) объем перекачки нефти, V_пл=t_пл × Q_пл;

τ_A, τ_B – продолжительность работы нефтепровода на режимах A и B. Решение системы (3.64) сводится к вычислению времени t_A и t_B

(5.80)

Значения Q_A и Q_B определяются в результате решения уравнения баланса напоров с учётом схемы включения насосов.

5.4.5 Плавное регулирование характеристик НПС

Метод дросселирования на практике применяется сравнительно часто, хотя и не является экономичным. Он основан на частичном перекрытии потока нефти (создании дополнительного гидравлического сопротивления).

Рассмотрим регулирование методом дросселирования на примере МН с одной промежуточной НПС: изменение параметров МН достигается за счёт перекрытия регулирующей заслонки БРД НПС-2. При этом рабочая точка из положения Р ₁ смещается в точку Р ₂ и расход уменьшается с Q ₁ до Q ₂ (рис. 5.17а). Суммарный напор, развиваемый всеми насосами, при этом увеличивается до H_факт, так как потери в трубопроводе увеличиваются на величину h_p – потерь на местных сопротивлениях в БРД (дросселируемый напор), что показано на рис. 3а сплошным пунктиром. При этом суммарный полезный напор H_пол, необходимый для ведения перекачки с расходом Q ₂ по МН будет меньше фактического, это связано с тем, что дополнительные потери h_р сосредоточены на НПС, тогда суммарную характеристику всех НПС можно изобразить двойным пунктиром. Из рис. 5.17б видно, что напор на выходе НПС-2 .

Целесообразность применения метода можно характеризовать величиной КПД дросселирования h_ДР

. (5.81)

где H_пол – полезный напор, необходимый для ведения перекачки с расходом Q ₂;

H_факт – фактически затрачиваемый напор.

Рис. 5.17. Совмещённая характеристика и распределение напоров

Дата добавления: 2015-08-05