МАГИСТРАЛЬНАЯ НАСОСНАЯ СТАНЦИЯ НЕФТЕПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УЧАСТКА

Полезная модель относится к нефтепроводному оборудованию, а именно к магистральным насосным станциям нефтеперекачивающего технологического участка, в частности к устройствам регулированию расхода нефтепродуктов, транспортируемых по магистральному нефтепроводу.
Из уровня техники известны различные решения, связанные с выполнением магистральных насосных станций нефтеперекачивающего технологического участка, см. Насосная станция, содержащая насосные агрегаты со всасывающими и нагнетательными трубопроводами и запорной арматурой, систему маслоснабжения, включающую маслонасос, бак и маслопроводы для смазки и охлаждения подшипников насосных агрегатов, отличающаяся тем, что насосная станция размещена на открытой площадке, при этом бак и маслопроводы выполнены с электрообогревом, а запорная арматура расположена непосредственно у насосных агрегатов.
Патент РФ на полезную модель RU45485 от 10.05.2005 F15B1/02, F04B23/00.
В качестве ближайшего аналога принята магистральная насосная станция, описанная в книге «Трубопроводный транспорт нефти», Г.Г.Васильев и др., М.,2002, с.157-163, рис.7.3 (в). Известная насосная станция магистральной насосной станции представляет собой группу насосов с электропиводами, входы и выходы которых сообщены с коллектором 4, связанным на входе и выходе с магистральным трубопроводом 12. Для обеспечения поддержания на выходе из коллектора требуемого согласно заданным параметрам системы давления нефти насосная станция оборудована регулируемой дроссельной системой, имеющей датчики давления соответственно на входе и выходе из коллектора, выходы упомянутых датчиков давления связаны с первыми входами соответственно блока сравнения по входному давлению и блока сравнения по выходному давления из коллектора, причем второй вход блока сравнения по входному давлению связан с задатчиком сигнала минимального давления, обусловленного величиной давления бескавитационного режима работы насоса, а второй вход блока сравнения по выходному давлению связан с задатчиком сигнала максимального давления, обусловленного прочностными свойствами магистрального трубопровод.
К недостаткам известных устройств относительно то, что применение дроссельной системы изменения давления в магистральном трубопроводе после насосной станции, с одной стороны поглощает путем дросселирования энергию потока нефти, а главное не использует возможности насосной установки, позволяющие увеличить напор на выходе на 15-20% в связи с тем, что при регулировании давление в коллекторе магистральной насосной станции выше давления на выходе дросселя.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является снижение количества насосных станций при условии обеспечения постоянной производительности нефтеперекачивающего технологического участка (или увеличение производительности нефтеперекачивающего технологического участка при сохранении количества на этом участке насосных станций).
Технический результат заключается в повышении давления нефти на выходе магистральной насосной станции до максимально допустимого давления для насосного оборудования станции (МНС) путем обеспечения регулирования частоты вращения вала насоса за счет изменения частоты вращения электродвигателя привода насоса.
Согласно полезной модели указанный технический результат достигается тем, что в магистральной насосной станции нефтеперекачивающего технологического участка, содержащей группу насосов 2 с электроприводами 3, входы и выходы которых сообщены с коллектором 4, связанным на входе и выходе с магистральным трубопроводом 12, и систему управления, имеющую датчики давления 5,6 соответственно на входе и выходе из коллектора 4, выходы упомянутых датчиков давления 5,6 связаны с первыми входами соответственно блока сравнения 7 по входному давлению и блока сравнения 8 по выходному давления из коллектора, причем второй вход блока сравнения 7 по входному давлению связан с задатчиком 10 сигнала, соответствующего минимальному давлению, обусловленному величиной давления бескавитационного режима работы насоса, а второй вход блока сравнения 8 по выходному давлению связан с задатчиком 11 сигнала, соответствующего максимальному давлению, обусловленному прочностными свойствами магистрального трубопровода 12, каждый электропривод 3 выполнен регулируемым с блоком 13 изменения частоты вращения электродвигателя, вход которого подключен к выходу блока управления с возможностью изменения частоты вращения электродвигателя и давления на выходе насоса, связанного с этим электродвигателем, по параметрам давления на входе и выходе коллектора 4.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для достижения технического результата, касающегося, в частности, увеличения производительности нефтеперекачивающего технологического участка при сохранении количества на этом участке насосных станций.
Сущность полезной модели подробно представлена на чертеже:
Полезная модель поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заданного технического результата.
Раскрытие сущности магистральной насосной станции поясняется позициями, изображенными на чертеже:
поз.1 - магистральной насосной станции;
поз.2 - насос, кинематически связанный с электроприводом и своими входом и выходом сообщенный коллектором;
поз.3 - электропривод, имеющего электродвигатель;
поз.4 - коллектор, сообщенный на входе и выходе с магистральным трубопроводом 12;
поз.5 - датчик давления, установленный на входе в коллектор;
поз.6 - датчик давления, установленный на выходе в коллектор;
поз.7 - блока сравнения по входному давлению;
поз.8 - блока сравнения по выходному давлению;
поз.9 - блок управления, для выработки управляющего сигнала в систему управления частотой вращения электрического двигателя и далее давления на выходе насоса;
поз.10 - задатчик сигнала, соответствующего минимальному давлению, обусловленному величиной давления бескавитационного режима работы насоса;
поз.11 - задатчик 11 сигнала, соответствующего максимальному давлению, обусловленному прочностными свойствами магистрального трубопровода 12;
поз.12 - магистрального трубопровода;
поз.13 - блоком изменения частоты вращения электродвигателя;
Согласно полезной модели магистральная насосная станция 1 нефтеперекачивающего технологического участка содержит группу насосов 2 с электроприводами 3, выполненными в виде управляемых электрических двигатель. Входы и выходы насосов 2 сообщены с коллектором 4, связанным на входе и выходе с магистральным трубопроводом 12. Кроме этого, станция 1 содержит систему управления, выполненную на основе ПИД-регулятора и имеющую датчики давления 5,6 соответственно на входе и выходе из коллектора 4, выходы упомянутых датчиков давления 5,6 связаны с первыми входами соответственно блока сравнения 7 по входному давлению и блока сравнения 8 по выходному давления из коллектора.
При этом второй вход блока сравнения 7 по входному давлению связан с задатчиком 10 сигнала, соответствующего минимальному давлению, обусловленному величиной давления бескавитационного режима работы насоса, а второй вход блока сравнения 8 по выходному давлению связан с задатчиком 11 сигнала, соответствующего максимальному давлению, обусловленному прочностными свойствами магистрального трубопровода 12. Оба задатчика 10 и 11 сигналов функционируют по одному принципу:регулирование осуществляется сравнением текущего значения измеряемой физической величины с заданным значением (уставкой), обеспечивая устранение рассогласования (ошибки, вызванной внешним воздействием на объект регулирования или ошибки, вызванной изменением значения уставки).
Применительно к нашему случаю в качестве уставки регулирования выступает постоянное значение, которое может быть задано с клавиатуры регулятора или дистанционно: через дополнительный аналоговый вход либо через цифровой порт связи (все типы регуляторов).
Особенностью решения является выполнение каждого электропривод 3, а именно электродвигателя регулируемым с блоком 13 изменения частоты вращения его вала, при этом вход блока 13 подключен к выходу блока управления 9 с возможностью изменения частоты вращения электродвигателя и давления на выходе насоса по параметрам давления на входе и выходе коллектора 4.
Предложенная полезная модель функционирует следующим образом.
Текущие значения давлений на входе и выходе коллектора 4 контролируются устройствами в виде датчиков 5, 6 давления с передачей показаний в систему управления нефтеперекачивающей станции. При этом в процессе управления работой электродвигателей электроприводов 3 насосов 2 решается главная задача недопущение превышения давления на выходе магистральной насосной станции выше заданного значения давления, соответствующего уставке регулирования на выходе коллектора 4, и недопущение снижения давления на входе в магистральную насосную станцию ниже заданного значения давления, соответствующего уставке регулирования на входе в коллектор 4.
После сопоставления в блоках 7 и 8 сравнения сигналов, поступающих от датчиков давлений 5, 6 и задатчиков 10, 11, формируются сигналы, направляемые в блоки управления 9 для формирования управляющего воздействия на орган управления частотой вращения электродвигателя электропривода 3 насоса 2. Такое управление осуществляется с помощью программного модуля «ПИД-регулятор», осуществляющий получение текущих значений давлений на входе и выходе в коллектор 4 магистральной насосной станции и заданных уставок регулирования от задатчиков 10 и 11.
Так, в случае увеличения давления на выходе в коллектор 4 выше заданного значения, либо при снижении давления на входе коллектор 4 ниже заданного значения вырабатывается сигнал, поступающий на снижение частоты вращения электродвигателей приводов 3 насосов 2, работающих насосных станций до устранения вышеперечисленных изменений.
В случае, если давление на входе в коллектор 4 выше уставки, заданной задатчиком 10, а давление на выходе коллектора 4 ниже уставки, заданной задатчиком 11, а частота вращения электродвигателей меньше максимальной, то система управления. В основу которой положен ПИД-регулятор подает сигнал на увеличение частоты вращения электродвигателей электроприводов 3 до устранения одного из вышеперечисленных условий.
Изменение частоты вращения электродвигателя МНА осуществляется с помощью использования преобразователей частоты тока, при этом регулирования давления на входе и выходе магистральной насосной станции с помощью преобразователей частоты тока наиболее эффективно, когда в процессе перекачки нефти требуется обеспечить широкий диапазон регулирования технологических режимов по давлению, что в итоге не приводит к снижению коэффициента полезного действия насосной станции.
Применение полезной модели позволяет обеспечить увеличение производительности нефтеперекачивающего технологического участка при сохранении количества на этом участке насосных станций. При этом увеличение давления потока нефти на выходе магистральной насосной станции до максимально допустимого давления, рассчитанного для данного насосного оборудования станции, не меняя ее конструкции по существу, позволяет исключить из процесса управления использование накопительных резервуаров с системой насосов подпитки и перекачки, связанных трубопроводами с магистральным трубопроводом.