Наверх

Определение характеристик системы регулирования давления на базе метода перепуска

Дата публикации: 31 Июля 2016 Распечатать

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ НА БАЗЕ МЕТОДА ПЕРЕПУСКА

А.Ф. Бархатов, главный специалист департамента инвестиционных проектов

ОАО «АК «Транснефть», г. Москва

BarkhatovAF@ak.transneft.ru

Е.С. Чужинов, главный специалист – руководитель группы филиала «Центр проектирования систем автоматизации и связи» АО «Гипротрубопровод», г. Москва

ChuzhinovES@gtp.transneft.ru

Е.В. Вязунов, к.т.н., с.н.с., г. Москва

Evyazun@gmail.com

УДК 62-328

Ключевые слова: перепуск, регулирование, дросселирование, коэффициент кавитации, быстродействие.

Аннотация. Определены достоинства и недостатки метода перепуска. Сформулированы условия, при которых применение перепуска наиболее целесообразно. Разработана методика и выполнен подбор основных характеристик системы регулирования методом перепуска. Указаны технические сложности и ограничения при реализации метода перепуска.

Наиболее распространенным способом регулирования давления на нефтеперекачивающей станции (НПС) является дросселирование потока в коллекторе НПС, что связано с его относительной дешевизной и простотой реализации. Величина дросселирования зависит от режима работы технологического участка (ТУ) магистрального нефтепровода (МН). Максимальное дросселирование ограничивается напором одного насоса при подаче, равной пропускной способности МН, но не более 30 кгс/см2 [1]. В соответствии с действующими нормами проектирования [2] дросселирование допускается только в переходных процессах, при перекачке партий нефти с различными физико-химическими свойствами и в некоторых других оговоренных в нормативе случаях.

Под отсутствием дросселирования понимается, что затвор полностью открыт. На самом деле при этом имеют место потери в обвязке регулятора, включая потери на полностью открытых затворах, которые в соответствии с [2] не должны превышать 0,02 МПа. Анализ фактических режимов работы действующих НПС показал, что фактические суммарные потери на затворе и в обвязке узлов дросселирования могут достигать ~ 0,02–0,08 МПа. Эти потери приводят к дополнительному расходу электроэнергии на НПС ~ 371,21-1484,85 кВт/час в год (расчет выполнен для НПС, оснащенных НМ 7000-210).

 

Способ перепуска (рециркуляции)

Другим способом регулирования давления является рециркуляция или перепуск. Принцип данного метода (рис. 1) заключается в следующем: часть q общего потока нефти Q через насосы перепускается с выхода на вход МНС, в результате подача насосов увеличивается на q по сравнению с расходом в трубопроводе Qн и рабочая точка насосов перемещается вправо по напорной характеристике, а давление на выходе НПС снижается. Характерной особенностью метода является то, что перепад давления (напора) на всем узле перепуска всегда равен давлению (напору) станции. Если потерями на трение в перепускном трубопроводе пренебречь по сравнению с перепадом напора в регулирующей арматуре, то можно считать, что этот перепад равен напору (давлению станции).

Рис. 1 Метод перепуска нефти с выхода на вход МНС: Qнрасход в трубопроводе; q расход через перепускную линию; Q = Qн+ q подача насосов

 

В настоящее время в практике эксплуатации регулирование перепуском не применяется. Связано это с рядом причин:

  • во-первых, исследователями [3–5] еще в 1960-х годах на примере тихоходных насосов показано, что в процессе регулирования перепуском потребляемая мощность выше, чем при дросселировании;
  • во-вторых, как отмечено в работе [6], ранее (1982 г.) существовала технологическая сложность реализации метода рециркуляции, так как не выпускались регуляторы, способные работать при больших перепадах давления, а также обеспечивающие герметичность в закрытом положении.

В действительности потери энергии при перепуске зависят от коэффициента быстроходности насоса (ns). У тихоходных (НМ 1250-260) и нормальных (НМ 2500-230, НМ 3600-230) насосов зависимость потребляемой мощности от подачи фактически линейная во всем диапазоне подач (рис. 2). Перепуск в данном случае однозначно будет проигрывать дросселированию, так как при увеличении подачи будет происходить рост потребляемой мощности. У быстроходных (НМ 7000-210, НМ 10000-210) насосов ns = 150 – 350 зависимость потребляемой мощности от подачи фактически линейная только до номинальной подачи, далее с ростом подачи мощность убывает, тогда при работе на подачах больше номинальной перепуск экономичнее дросселирования.

Рис. 2 Относительные энергетические характеристики тихоходных, нормальных и быстроходных насосов [7]

 

Расчеты в работах авторов [3–5] выполнялись на примере тихоходных насосов, так как именно эти насосы использовались в отрасли в данный период в 1960-х годах, в связи с относительно небольшими объемами перекачки. Быстроходные насосы заняли доминирующее положение в отрасли только после увеличения объемов перекачки нефти по системе трубопроводов в 1970-х гг.

В настоящее время в реестре основных видов продукции ОАО «АК «Транснефть» имеются в наличии регуляторы давления, способные работать при больших перепадах давления и обеспечивать герметичность в закрытом положении.

К преимуществам перепуска перед дросселированием можно отнести следующее:

  • исключение постоянных технологических потерь в обвязке узла регулирования на стационарных режимах, так как при отсутствии необходимости в регулировании затвор на перепускной линии закрыт и потери отсутствуют, что позволит уменьшить затраты на электроэнергию;
  • возможность увеличить рабочее давление на выходе НПС до 7,5 МПа (предельное давление корпуса для большинства отечественных насосов), что при проектировании новых МН или реконструкции существующих с целью увеличения производительности перекачки позволит уменьшить количество насосных станций и исключить необходимость ввода противотурбулентных присадок или строительство лупингов;
  • исключение технологических защит НПС «Предельное максимальное давление на выходе МНС» и «Аварийное максимальное давление на выходе МНС» (до регулятора давления) [8].

Цель настоящей работы ‒ определить требуемые характеристики системы регулирования давления способом перепуска.

Научная новизна разработана методика определения характеристик системы регулирования давления способом перепуска.

 

Для последующих расчетов характеристики нефтепроводов (диаметр, производительность) примем в соответствии с требованиями [9] (табл. 1). Характеристики насосов приняты исходя из того, что они оснащены основными роторами, номинальная подача которых указана в наименовании типа насосов. На практике могут применяться сменные роторы с номинальными подачами из ряда 0,5; 0,7; 1,25 от номинальной подачи основного ротора. В таком случае по нижеизложенной методике потребуется пересчет характеристик системы регулирования методом перепуска (рециркуляции). В расчетах принято: плотность нефти – 850 кг/м3, три насоса включены последовательно.

Табл. 1 Характеристика нефтепроводов и насосов

DN  МН, мм

Тип насоса

Qmin,

м3

Qmax,

м3

Hmax, м

Hmin,

м

Pстmax,

МПа

a0,

м

a1,

с/м2

a2,

с25

e0,

м

e1,

с/м2

e2,

с25

700

НМ 2500-230

1700

2900

772,8

635,7

6,4

821,1

78,8

–383,4

917,44

104,86

–454,64

800

НМ 3600-230

2700

3900

791,4

639,6

6,6

874,5

128,4

–318,9

995,80

139,00

–361,15

1000

НМ 7000-210

5450

8000

747,9

548,1

6,2

942,1

–23,5

–69,3

1063,4

–18,22

–79,86

1200

НМ 10000-210

8400

11 000

695,1

577,8

5,8

996,9

–104,2

–10,8

1137,8

–93,74

–17,19

 

 

 

Общие сведения о системе регулирования давления

Согласно [8], основным требованием к системе автоматического регулирования (САР) давления на НПС является: обеспечение отклонения давления от заданной уставки на выходе НПС в процессе регулирования на величину, не превышающую 4 % от допустимого рабочего давления (ДРД) на выходе НПС при остановке одного магистрального насосного агрегата (МНА) на последующей по потоку НПС или пуска одного МНА на предыдущей по потоку НПС.

Крутизна фронта волн, возникающих при остановке (пуске одного) агрегата для принятых исходных данных (табл. 1), не превышает 3,55 кгс/см2/с [10]. При прохождении участка трубопровода длинной 50 км между станциями волна затухает в 2–3 раза. Достигая соседней насосной станции, набегающая волна взаимодействует с ней, в результате скорость роста давления на выходе данной станции (расчетное возмущение) достигает ~2,14 кгс/см2/c на НПС с резервуарным парком (РП) и ~2,34 кгс/см2/с на НПС без РП [11]. С учетом требования [8] САР должна создавать при регулировании волну противоположного знака с крутизной фронта не менее чем расчетное возмущение.

При любой системе регулирования в соответствии с формулой Жуковского изменения давления и расхода на входе и выходе станции без РП связаны соотношениями [10]:

 

                                       (2)

Изменение давления на входе и выходе НПС без РП равны, но противоположены по знаку при условии, что трубопроводы до и после станции одинакового диаметра.

Давление на входе станции с РП в переходном процессе не изменяется, поскольку откачка нефти осуществляется из резервуаров, поэтому:

                                                 (3)

Расход через линию перепуска, пропускная способность

и пропускная характеристика регулирующей арматуры

При регулировании перепуском ограничением служит техническая возможность работы насосов на подачах не более 140 % от Q0, собственно, данное значение и будет принято за максимальное значение при последующих расчетах. Соответственно, максимальная величина перепуска (qmax) через перепускную линию не должна превышать разницу между Qmin и 1,4·Q0.

Выбор регулятора давления определяется исходя из того, что его пропускная способность [11] (Kv) должна быть не меньше значения величины перепуска:

                                                  (4)

 Учитывая, что Kvmax – внесистемная единица (qmax измеряется в м3/ч, ρ – в г/см3, Pств кгс/см2), целесообразно вместо пропускной способности использовать эффективную площадь Ks регулирующего элемента. Размерность Ks в системе СИ [Ks] = м2. Связь между Ks и Kv определяется формулой [12]:

Ks = 2,804 · 10–5 · Kv.                                                   (5)

Результаты расчетов q, Кv, Ks для принятых насосов представлены в табл. 2.

Численные значения пропускной способности для различных диаметров затворов (табл. 3) приняты согласно технической документации производителя [13], эффективная площадь пересчитана согласно (5).

Табл. 2 Расчетные значения qmax, Кvmax, Ksmax

Тип насоса

qmax,

м3

Ksmax,

м2

Kvmax,

м3

НМ 2500-230

900

0,003

123,03

НМ 3600-230

1170

0,005

178,56

НМ 7000-210

2175

0,010

360,28

НМ 10000-210

2800

0,012

427,72

 

 

Табл. 3 Характеристики регулирующей арматуры в зависимости от DN затвора при перепаде на затворе до 110 кгс/см2

DN, мм

Kv, м3

Ks, м2

75

128

0,004

100

214

0,006

150

514

0,014

200

925

0,026

250

1456

0,041

300

2158

0,061

350

3484

0,098

400

4608

0,129

450

6398

0,179

500

8411

0,236

 

 

При выборе регулятора давления из каталога Производителя должны выполняться два условия:

  • чтобы пропускная способность выбранного регулятора, являлась ближайшим большим к значению расчетной пропускной способности (Кv);
  • чтобы пропускная способность выбранного регулятора была больше Кv не менее чем на 10 %.

Из табл. 2, 3 видно, что для насосов НМ 2500-230, НМ 3600-230 подходит регулятор DN 100 мм, для НМ 7000-210, НМ 10000-210 – регулятор DN 150 мм. В таком случае запас по Кv у НМ 2500-230 ~ 42,51 %, НМ 3600-230 ~ 16,56 %, у НМ 7000-210 ~ 29,91 %, НМ 10000-210 ~ 16,79 %.

 

Определение диаметра перепускной линии

Диаметр перепускной линии определялся исходя из условия, чтобы скорость потока в перепускной линии не превышала допустимые 7 м/с [2].

Наружный диаметр трубопроводов принимается в соответствии с сортаментом из [14]. Толщина стенки трубопровода определяется по методике, изложенной в своде правил [15] для стали 17ГС, и округляется до ближайшего большего значения из сортамента. В качестве нагрузки принято Pmax.

Скорость потока в перепускной линии (табл. 4) определяется по формуле:

                                                                        (6)

Табл. 4  Расчетные υ в зависимости от диаметра перепускной линии

Тип насоса

υ, м при значениях диаметра и толщины стенки перепускной линии

Ø 219×4 мм

Ø 273×5 мм

Ø 325×6 мм

Ø 426×8 мм

НМ 2500-230

7,15

4,60

3,25

1,90

НМ 3600-230

9,30

5,99

4,23

2,47

НМ 7000-210

17,29

11,13

7,86

4,60

НМ 10000-210

22,25

14,32

10,11

5,92

 

 

Результаты расчета показывают, что указанному условию (υ ≤ 7 м/с) для НМ 2500-230, НМ 3600-230 удовлетворяют линии перепуска с диаметром не менее 273 мм, для НМ 7000-210, НМ 10000-210 – с диаметром не менее 426 мм.

С точки зрения экономической целесообразности необходимо принимать линии с минимальным диаметром.

Быстродействие регулирующей арматуры

По данным производителя [13] пропускная характеристика регулирующей арматуры в виде зависимости относительного (в % от максимального) значения Ks'(Kv') от относительного (в % от номинального) хода затвора:

                                           (7)

для всех диаметров затворов одинакова (рис. 3).

На характеристике регулирующей арматуры можно выделить следующие области:

  • в области BC зависимость Ks от x практически линейная, данную область называют диапазоном регулирования [16], соответственно,  и принимает максимальное значение;
  • в области АВ принимает минимальные значения, при перепуске в начальный момент времени регулирование будет осуществляться в данной области;
  • область CD является нерабочей, т.к. в ней осуществляется неустойчивое регулирование (при закрытии затвора перепад на нем уменьшается), ограничение работы в ней осуществляется за счет программно-аппаратных средств.

Рис. 3 Пропускная характеристика поворотного затвора [13]

 

 

При определении необходимого быстродействия арматуры необходимо знать величину  В соответствии с определением (7)  где   это скорость изменения эффективной площади в относительных единицах.

Суммарное давление последовательно включенных насосов при регулировании перепуском можно представить:

 для НПС с РП,                                                          (8)

 для НПС без РП.                                                      (9)

Дифференцируя (8), (9) по времени и учитывая, что на исходном режиме заслонка закрыта (q = 0), получим:

 для НПС с РП,                                                  (10)

 для НПС без РП.                                             (11)

Выразив   из (2, 3) получим:

 для НПС с РП,                                                                                   (12)

 для НПС без РП.                                                                             (13)

Для выполнения САР своей задачи необходимо, чтобы она создавала при перемещении регулирующего элемента волну давления с крутизной фронта по величине, равной крутизне фронта расчетного возмущения, но имеющей обратный знак   Крутизна фронта возмущения, которое необходимо отработать САР, для принятых параметров МН составляет ~2,14 кгс/см2/c, для НПС с РП и ~2,34 кгс/см2/с для НПС без РП [10].

Поскольку перепад давления на регулирующем элементе (без учета потерь в байпасном трубопроводе) равен напору станции, то:

                                                                       (14)

Дифференцируя (14) по времени, получим:

                                                       (15)

Подставив (15) и (12) в (10), (15) и (13) в (11) и решив полученное уравнение, относительно  получим необходимую скорость перемещения регулирующего элемента:

 для НПС с РП,                                                  (16)

 для НПС без РП.                                              (17)

Анализ формул (16, 17) показывает, что скорость перемещения затвора:

  • прямо пропорциональна
  • обратно пропорциональна и

Расчетные времена хода затворов (T) в зависимости от диаметров представлены в табл. 5. 

Табл. 5 Расчетное время полного хода затвора (T) в зависимости от диаметра затвора

Q, м3

75

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Минимальное время совершения полного хода регулятора давления по
ОТТ-75.180.00-КТН-177-10 [19], с

 

1,6*

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

-

10,0

T при значениях DN затвора, с

НПС с резервуарным парком

2500

2,1

3,5

8,4

15,1

23,8

35,3

57,0

75,3

104,6

137,5

3600

1,8

2,9

7,1

12,7

20,0

29,6

47,9

63,3

87,9

115,5

7000

1,1

1,8

4,3

7,7

12,2

18,1

29,1

38,6

53,5

70,4

10 000

0,7

1,1

2,7

4,9

7,8

11,5

18,6

24,6

34,2

44,9

НПС без резервуарного парка

2500

1,3

2,2

5,3

9,6

15,0

22,3

36,0

47,6

66,1

86,9

3600

1,2

2,0

4,8

8,7

13,7

20,3

32,8

43,4

60,3

79,3

7000

0,7

1,2

2,9

5,2

8,2

12,1

19,6

25,9

36,0

47,3

10 000

0,4

0,7

1,8

3,2

5,0

7,4

12,0

15,8

22,0

28,9

 

*принято для DN 80 мм

Анализ Т и основных технических требований на регулирующую арматуру [17], определяющих минимальное время хода регулятора, свидетельствует о том, что в большинстве случаев (выделено цветом) расчетноые времяена хода удовлетворяеют требованиям [17]. Следовательно, на рынке существует оборудование, отвечающее требованиям по времени хода.

Как было определено ранее (табл. 2, 3), для насосов НМ 2500-230, НМ 3600-230 подходят регуляторы DN 100 мм, для НМ 7000-210, НМ 10000-210 – регуляторы DN 150 мм. С учетом табл. 5 необходимо принимать следующие регуляторы:

для НМ 2500-230, НМ 3600-230 –  не менее DN 100 мм и более;

для НМ 7000-210 – не менее DN 150 мм (НПС с РП), не менее DN 200 мм (НПС без РП);

для НМ 10000-210 – не менее DN 200 мм и более (НПС с РП), не менее DN 250 мм (НПС без РП).

Для снижения затрат целесообразно принимать регуляторы с минимальным DN.

Максимальный перепад давления на закрытой регулирующей арматуре

Максимальный перепад на закрытом регулирующем элементе равен разнице между допустимым рабочим давлением на выходе НПС (Pmax) и минимальным давлением на входе МНС (Pвх). Для упрощения максимальный перепад можно принимать равным  Pmax. Значание Pmax определяется индивидуально для каждой НПС в проекте. В настоящее время ряд рабочих давлений на выходе НПС включает в себя: 6.3 МПа, 7,5 МПа, 10 МПа.

Класс герметичности, рабочее давление и расчетный коэффициент кавитации регулирующей арматуры

Для исключения протечек через затвор на стационарных режимах должна устанавливаться запорно-регулирующая арматура по классу герметичности А с рабочим давлением не менее допустимого рабочего давления на выходе НПС.

Расчетный коэффициент кавитации Kcs арматуры рассчитывается по формуле [11]:

                                                              (18)

Давление  на выходе определяется по формуле:

                                                   (19)

При подборе дросселя заводом-изготовителем Kcs сравнивается с экспериментально определенным заводом-изготовителем для каждого типа арматуры безразмерным коэффициентом начала кавитации Kc. Условием безкавитационной работы регулирующей арматуры является непревышение расчетного коэффициента кавитации над коэффициентом начала кавитации [11]:

Kcs < Kc                                                                      (20)

Результаты расчетов Kcs представлены в табл. 6.

 

Табл. 6 Расчетный коэффициент кавитации

Тип МНА

Kcs

НМ 2500-230

0,95

НМ 3600-230

0,94

НМ 7000-210

0,92

НМ 10000-210

0,90

 

 

Из табл. 6 следует, что при данных Kcs ≥ 0,9 для технологической реализации метода перепуска необходима установка затворов, способных работать при данных Kcs и перепадах 5,8–6,6 МПа (табл. 1). Для снижения затрат возможна установка двух затворов последовательно либо двух затворов, реализованных в одном корпусе.

Анализ вибрации насосов

Вибрация магистральных насосов может быть вызвана причинами гидродинамического, механического и электротехнического происхождения [18]. В качестве параметра вибрации магистральных насосов устанавливается значение виброскорости.

При использовании способа перепуска будет возникать вибрация гидродинамического происхождения.

Изменение вибрации магистральных насосов в зависимости от их подачи рассматривалось в работе [18] и руководящем документе [19]. В документе [19] показан характер изменения относительной (к номинальной) виброскорости магистрального насоса от относительной (к номинальной) подачи (рис. 4).

Из рис. 4 следует, что величина вибрации (виброскорость) возрастает при работе насоса на подачах, отличных от номинальной. При относительных (к номинальной) подачах 1,3–1,4 виброскорость в 1,5 раза больше, чем на номинальной подаче.

 

 

Рис. 4 Изменение относительной виброскорости от относительной подачи  [19]

 

Оценить абсолютные значения виброскорости магистрального насоса можно следующим образом. Согласно [20], виброскорость магистральных насосов при номинальной подаче (Q0) составляет ~4,5 мм/с, тогда при подачах 1,3·Q0 – 1,4·Q0 виброскорость составит 6,75 мм/с (рис. 4).

Согласно [8], защита «Аварийная максимальная вибрация. Порог 1» формируется при превышении виброскорости в любой точке контроля магистрального насоса значения 7,1 мм/с, отключение МНА происходит с выдержкой 5 с. Соответственно, дополнительные отключения насосов при регулировании перепуском исключены, при условии работы на подачах 1,3·Q0 – 1,4·Q0. Если насосы выйдут за указанный диапазон, то сработает автоматическая защита.

 

 

Математическое моделирование работы САР

Для подтверждения полученных выводов в части быстродействия САР, а также для сравнения качества регулирования давления САР в части динамического отклонения от уставки САР были выполнены расчеты на программном комплексе Stoner Pipeline Simulator. Данный комплекс внесен в реестр расчетного ПО ОАО «АК «Транснефть» по результатам выполнения процедуры аттестации.

Для выполнения расчетов была разработанна модель нефтепровода DN 1200 мм с 3 НПС, длиной 300 км, расстояние между НПС 100 км, плотность нефти  850 кг/м3, вязкость 25 сСт, производительность перекачки 10058 м3/ч. Дляупрощения геодезические отметки точек профиля по всей длине МН приняты постоянными. Магистральные насосы НМ 10000-210 на НПС включены последовательно, на каждой НПС – в работе по два насоса. Эпюра напоров исходного стационарного режима представлена на рис. 5.

Рисунок 5 ‒ Эпюра напоров технологического участка

 

При выполнении расчетов моделировались отключение одного и двух МНА на НПС-3 для случаев использования  перепускного и дроссельного клапана. При перепуске для данного диаметра МН требуется затвор DN 250, при дросселировании согласно типовым проектам на НПС [1] необходимы затворы DN 600. Для обоих способов регулирования в работе находилось два затвора расположенных параллельно. Для дросселирования Kv затвора принималось в соответствии с [14] (Kv=13858 м3/ч), для перепуска ‒ с таблицей 3 (Kv=1456 м3/ч). Время полного хода затвора принималось в соответствии с [18]:

  • =5 с для затвора DN 250;
  • =12 с для затвора DN 600.

Задержки в системе автоматики САР принимались в соответствии с [9]:

  • время обработки сигналов в контроллере САР ‒ 0,1 c;
  • время доставки сигнала от контроллера САР до блока управления исполнительного механизма ‒ 0,1 c;
  • время реакции исполнительного механизма ‒ 0,03 с.

Корректность расчетной схемы нефтепровода (математической модели нефтепровода) проверялась по методике, изложенной в документе [21]. По данной методике выполнялись следующие проверки:

  1. проверялось равенство расходов в начале и конце ТУ;
  2. проверялось соответствие работы насоса его напорной характеристике, то есть разность напоров до и после насоса должна соответствовать напору насоса при заданной подаче;
  3. определялся скачок давления при мгновенном перекрытии потока в трубопроводе в начальный момент времени, который должен быть равен значению ударного давления, рассчитываемого по формуле Жуковского;
  4. определялась скорость распространения волны давления в переходном процессе, которая должна равняться скорости звука.

Коэффициенты ПИД регуляторов для обоих способов регулирования определены исходя из условия обеспечения максимального быстродействия исполнительного органа САР при условии отсутствия перерегулирования на величину более 4% от уставки САР по выходу НПС и устойчивой схемы работы САР.

Уставки общестанционных защит НПС приняты в соответствии с [8].

При отключении одного МНА на НПС-3 величина исходного возмущения составила 3,91 кгс/см2/с. Изменение давления на выходе НПС-2 для случаев перепуска и дросселирования после отключения одного МНА на НПС-3 представлено на рисунке 6.

Рисунок 6. График изменения давления на выходе НПС-2 при отключении одного МНА на НПС-3

 

При перепуске динамическое отклонение от уставки САР не превышает 0,072 МПа, при дросселировании ‒ 0,16 МПа. В обоих случаях отклонение давления на выходе НПС от уставки САР в процессе регулирования не превышает допускаемые нормами автоматизации 4 % [9].

Подача магистральных насосов при перепуске достигала 12000 м3/ч. При этом виброскорость достигала 6 мм/с, что не превышает допуcкаемые [8] ‒ 7,1 мм/с.

Изменение давления на выходе НПС-2 (за регулятором) после отключения двух МНА на НПС-3 представлено на рисунке 7.

Рисунок 7. График изменения давления на выходе НПС-2 при отключении НПС-3

 

При дросселировании САР не справилась с возмущением, в результате на 94-ой секунде сработала защита «Предельное максимальное давление на выходе НПС». В то же время перепуск погасил набегающую волну, вызванную отключением двух МНА на НПС-3, без срабатывания общестанционных защит по давлению. Подача насосов в процессе регулирования перепуском достигала 14100 м3/ч (141 % от номинальной подачи). Значение виброскорости при данных подачах достигало 7,0 мм/с, но превышало допустимые 7,1 мм/с.

Таким образом, можно отметить, что САР на базе способа перепуска допускает значительно меньшие динамические отклонения, чем САР на базе способа дросселирования. Кроме того, САР на базе способа перепуска способна обеспечивать отработку возмущений вызванных отключением, в том числе двух МНА, что превышает требования документа [8] и является безусловным плюсом.

 

Зарубежный опыт

В работе [22] указывается, что способ перепуска успешно применяется для регулирования режимов работы магистрального конденсатопровода Хасси-Р’Мель-Арзев (Алжир).

Учитывая положительный зарубежный опыт способ перепуска может найти применение на действующих магистральных трубопроводах.

 

 

Выводы

1. Разработана расчетная методика, с помощью которой определены основные характеристики системы регулирования давления на базе метода перепуска.

2. Полученные результаты показывают, что метод перепуска обладает реальными возможностями дополнительной экономии электроэнергии за счет исключения постоянных потерь в обвязке регуляторов.

3. Способ перепуска по сравнению со способом дросселирования допускает значительно меньшие динамические отклонения от уставки в процессе регулирования и позволяет обеспечивать отработку возмущений, вызванных отключением одного и двух насосов на станции, что, в свою очередь, позволит исключить «веерные» отключения технологического участка нефтепровода и обеспечит дополнительную безопасность процесса перекачки.

4. При методе перепуска могут быть использованы регуляторы давления меньшего диаметра по сравнению с методом дросселирования (вплоть до пяти типоразмеров).

5. Использование метода перепуска позволит увеличить рабочее давление на выходе большинства станций с 6,3 до 7,5 МПа и позволит исключить защиты станции по коллекторному давлению.

 

Список литературы

  1. ТПР-75.180.00-КТН-057-15. Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Нефтеперекачивающие станции. Типовые проектные и технические решения. М., 2015. 156 с.
  2. РД-91.200.00-КТН-175-13. Нефтеперекачивающие станции. Нормы проектирования. М., 2013. 215 с.
  3. Салащенко Г. С., Бобровский С. А., Белоусов В. Д. Коэффициент полезного действия регулирования насосных станций. М. : ЦНИИТнефтехим. Транспорт и хранение нефтепродуктов, 1967. № 3. С. 6–8.
  4. Бобровский С. А. Оценка эффективности регулирования работы насосных станций трубопроводов. М.: ВНИИОЭНГ. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, 1965. № 6. С. 19–22.
  5. Шилин Ю. И., Шрейнер И. Л., Мороз П. А. Эффективность различных методов регулирования давления в магистральном нефтепроводе. М. : ВНИИОЭНГ. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, 1965. № 12. С. 3–7.
  6. Зайцев Л. А. Регулирование режимов работы магистральных нефтепроводов. М. : Недра, 1982. 240 с.
  7. Ломакин А. А. Центробежные и осевые насосы. М. : Машиностроение, 1966. С. 365.
  8. РД-35.240.50-КТН-109-13. Автоматизация и телемеханизация технологического оборудования площадочных и линейных объектов магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов. Основные положения
  9. РД 153-39.4-113-01. Нормы технологического проектирования магистральных нефтепроводов. М., 2001. 44 с.
  10. Бархатов А. Ф., Вязунов Е. В. Определение расчетного возмущения для системы автоматического регулированиядавления насосных станций магистральных нефтепроводов // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. № 5. С. 273–289.
  11. РД-75.180.00-КТН-198-09. Унифицированные технологические расчеты объектов магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов.
  12. Вязунов Е. В., Бархатов А.Ф. Быстродействие системы регулирования давления насосной станции при заданной скорости хода регулирующего элемента // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2014. № 2. С. 65–79.
  13. Поворотные дисковые заслонки Vanessa. [Электронный ресурс]. URL: http://www.irimex.ru/services/catalog/armatura/vanessa/ (дата обращения: 20.03.2016).
  14. ГОСТ 10704-91. Трубы стальные электросварные прямошовные.
  15. СП 36.13330.2012. Магистральные трубопроводы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.06-85*.
  16. ГОСТ Р52720-2007. Арматура трубопроводная. Термины и определения.
  17. ОТТ-75.180.00-КТН-177-10. Арматура регулирующая для магистральных нефтепроводов
  18. Перевощиков С. И. Разработка научных основ управления вибрацией гидродинамического происхождения в центробежных насосах магистральных нефтепроводов : Автореф. … дис. докт. техн. наук. Тюмень, 2004. 48 с.
  19. РД 153-39ТН-008-96. Руководство по организации эксплуатации и технологии технического обслуживания и ремонта оборудования и сооружений нефтеперекачивающих станций. Уфа, 1997. 113 с.
  20. РД-23.080.00-КТН-107-13. Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Магистральные насосы для перекачки нефти и нефтепродуктов. Нормы вибрации
  21. РД-75.180.00-КТН-255-14. Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Методика расчета нестационарных технологических режимов работы магистральных трубопроводов
  22. Михайлов А. В. Эффективность применения различных типов насосных агрегатов в условиях снижения производительности магистральных нефтепроводов : Дис. … канд. техн. наук. Уфа, 1999. 212 с.

 

Читать полностью

Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов, №3 2016 г.