Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,007

Описание предложения

Насосно-трубопроводные комплексы с центробежными и поршневыми электронасосами находят широкое применение в системах теплоснабжения, водоснабжения, при добыче нефти и на магистральных нефтепроводах. Основными показателями работы насосно-трубопроводного комплекса являются: объемный и массовый расход; давление развиваемые насосом; мощность на валу насоса, напор создаваемый насосом; КПД насоса; удельный расход электроэнергии; наработка на отказ и ряд других параметров. Для измерения расхода в качестве расходомеров и плотномеров могут использоваться центробежные и поршневые электронасосы - «Российский способ», которые открывают новую эпоху в управлении насосно-трубопроводными комплексами. Для измерения расхода центробежными электронасосами применяется новая расходная характеристика М - Q, которая предварительно вычисляется по паспортным характеристикам данной насосной установки (рисунок 1). При этом для данного типа насоса по напорной характеристике Н - Q вычисляется и строится характеристика по давлению р - Q. Далее по всему диапазону расхода через определенный интервал берутся паспортные соотношения мощности N к давлению р создаваемому насосом и вычитается соотношение мощности Nо к давлению ро при закрытой задвижке. Тогда расходный коэффициент для характеристики М-Q и расход будут равны M = (N / p - No / po ), кВт/МПа, а расхода Q = B ( 1 - e - М/С ) , м3 / ч , где коэффициенты а, б, с, д , В, С - постоянные для данной насосной установки. Привод насоса может быть от синхронного или асинхронного электродвигателя. При приводе от асинхронного электродвигателя паспортные характеристики пересчитываются по формулам: Q1 = Qо (n1 / no ) , Н1 о (n12/ no2), N1 = No (n13/ no3), где Q1, Н1, N1, n1 - расчетные значения расхода, напора, мощности, частоты вращения, а Qо , Но , No , no - соответственно их паспортные значения. По расходной характеристики (рисунок 1) расход Q определяется коэффициента М по точкам А -В -С . По вычисленному расходу определяется КПД насоса η н = р Q 10 5 / 3600 N н %,и удельный расход электроэнергии Wуд = 2,724 ρ 10 -3н η эл. дв. , кВт. ч / 1000 т.м, где r - плотность перекачиваемой жидкости, равная ρ = р 106 / g Н , кг/м 3 , где Н, м - напор, который находится по характеристике Н -Q в зависимости от измеренного давления р, η н , η эл.дв - соответственно КПД насоса и электродвигателя.

Рис. 1. Рабочие характеристик насоса НМ 10000 -210, D= 520 мм, 3000 об/мин: Н-Q - напорная, р -Q - давления, N-Q - мощностная , КПД - Q - КПД насоса, М-Q - расходная

Массовый расход жидкости равен Qм=r Q 10-3, т/ч. Давление создаваемое насосом вычисляется по формулам: при работе с подпором р= рвых вх МПа, при работе на всасывание р = рвых + р вх , МПа, где рвых -давление на выходе насоса, МПа; р вх - давление на входе в насос. Получение базовой характеристики насосного агрегата после его установки впервые на рабочем месте или после ремонта осуществляется при запуске насоса в работу при полностью закрытой задвижке на выходе насоса и в течение двух минут снимаются значения мощности Рс , кВт, потребляемой электродвигателем привода насоса и значения давлений на выходе из насоса рвых , МПа и входе в насос рвх , МПа. После чего задвижка на выходе насоса постепенно открывается и, при значении расхода в районе номинального, процесс снятия данных повторяется. При работе на закрытую задвижку определяется расходный коэффициент М , который должен быть равен НУЛЮ, и если НУЛЮ не равен, то в формулу расходного коэффициента М вводятся эксплуатационный коэффициент hэк и коэффициента сходимости К . Тогда формулы расходного коэффициента М и коэффициента К принимают значения М =[(N/р) h эк- (No о)] К , кВт/ МПа, К = Мн / М р , h эк =(No / po .( po1 / No1 ), где М, N, р - соответственно расходный коэффициент, мощность и давление, действующие в период измерения расхода, кВт/МПа, кВт, МПа; N0 , p0 - соответственно мощность и давление, взятые из паспортной или базовой характеристики насоса, при нулевой подаче в начале рабочей характеристики, η эк - эксплуатационный коэффициент, Мр - расчетный расходный коэффициент при номинальном расходе, Мн - расходный коэффициент при номинальном расходе работы насоса, взятый из его паспортной характеристики, No , p o , N o1 p o1 - соответственно мощность и давление взятые из паспортной характеристики насоса при нулевом расходе, и мощность и давление полученные при работе на закрытую задвижку на выходе насоса. Мощность на валу наоса Nн при номинальном режиме и эксплуатационный коэффициент η эк равный Nн = Рс η эл. дв., кВт, η эк = (N/p ) . (p 01 / N01), где Рс - измеряемая мощность в сети, кВт, η эл. дв - коэффициент полезного действия электродвигателя.

Определяются отклонения мощности и давления при работе насоса на закрытую задвижку на выходе насоса ∆ N = N 01 - N 0 , ∆ р = р 01 - р 0 . Вычисленные отклонения по мощности и давлению добавляются к паспортным значениям при номинальном расходе и вычисляется расчетный расходный коэффициент М р и коэффициент сходимости К

Мр = ((N н п ± ∆N01 ) / ( р н п ± ∆р01 )) η эк - (Nо / ро) ,

К = Мн / ((N н п ± ∆N01 ) / ( р н п ± ∆р01 )) η эк - (Nо / ро),

где: Мр - расчетный расходный коэффициент при номинальном расходе, который вычисляется с учетом данных по эксплуатационному коэффициенту, Nнп - номинальная мощность из паспортных данных, кВт, рн п - номинальное давление из паспортных данных, МПа . Коэффициент сходимости может быть больше или меньше единицы К >1 или К < 1. По расходному коэффициенту определяется по формуле или характеристики - расход.

В насосно-трубопроводных комплексах со штанговыми насосами автоматизированные информационные системы АИС НТК используют насосы как расходомеры, для учета и анализа дебита скважин. В системе используется новая станция управления БУС-3, которые в количестве 5390 штук были изготовлена серийно на Серафимовском заводе «Нефтеавтоматика» в период с 1980 - 1985 гг.

Рис. 2. Графики расхода по двум насосным станциям полученные расходомером на потоке (жирная линия) и с помощью двух насосов

Рис. 3. Схема станка-качалки с аппаратурой для измерения расхода: Р(t) , p (t) - соответственно диаграммы мощности и давления; ИД ШГН - станция управления БУС 3, ДД - датчик давления, ГН - глубинный насос, F (t) - диаграмма, СК - станок - качалка

Главное назначение рассматриваемой автоматизированной информационной системы нефтепромысла АИС НП, это измерение количества добытой жидкости из нефтяного пласта за заданный отрезок времени, а так же измерение текущего значения дебита по каждой скважине оборудованной станком-качалкой. АИС НП состоит из индикаторов дебита ИД ЩГН установленных в БУС-3 на каждой скважине и системы телемеханики для передачи данных на диспетчерский пункт с обработкой на ЭВМ. Существующие на нефтяных промыслах системы по измерению дебита скважин с помощью групповых замерных установок с использованием емкостей и турбинных счетчиков количества жидкости эту задачу в полной мере не решают. Эта задача решается рассматриваемой автоматизированной информационной системой, в которой для измерения и учета дебита скважин используется способ и устройство, основанное на анализе активной мощности, потребляемой электродвигателем привода насоса и развиваемого им давления, которые вычисляются по формулам:

Q = Рср ц η го / рпж . 10 3 , м3 / с ; Q = Рср η го 86,4 / рпж . , м3 / сут ;

Q = Рср η го ρ пу 86,4 / рпж . , т / сут ,

где Рср ц - среднее значение мощности за цикл качания, кВт, Рср ц - среднее значение мощности за целое число циклов качания, кВт, рпж - среднее давление. приходящееся на плунжер насоса от веса поднимаемого столба жидкости электродвигателем и грузами на кривошипе в период хода устьевого штока вверх, МПа, η го - КПД глубинного оборудования насосной установки, ρ пу - плотность жидкости в поверхностных условиях, кГ/м3 . Значение давления и КПД находятся периодически при прикрытой задвижке на выходе насоса.

Измерение мощности производится дистанционно с помощью индикатора дебита ИД ШГН, который формирует нормируемые импульсы пропорционально измеряемой мощности. Индикаторы дебита были испытаны на нефтяных промыслах, серийно изготовлены в АО ИПФ «Сибнефтеавтоматика» г. Тюмень и внедрены на нефтяных промыслах Тюмени и на Сызранско-Заборовском месторождении ОАО «Самаранефтегаз» в 1990 - 1992 гг., которые работают по сегодняшний день (рисунок 3). Внедрение АИС НП с использованием ИД ЩГН позволяет при проектировании новых и реконструкции старых нефтяных промыслов перейти на новую схему сбора продукции со скважин без групповых замерных установок, которая потребует меньшее количество труб, запорной арматуры и обеспечит измерения дебита скважин в реальном масштабе времени. Для реализации рассмотренного способа измерения расхода разработана программа для ЭВМ, которая вычисляет все заданные параметры насосных агрегатов, сравнивает их с базовыми значениями, строит графики (рисунок 2) и выводит для просмотра и анализа их на экран монитора ЭВМ.

Инновационные аспекты предложения

В число паспортных рабочих характеристик центробежного электронасоса вводится новая расходная характеристика, М-Q, расходный коэффициент М, эксплуатационный ηэк, учитывающий отклонение рабочих характеристик от паспортных в процессе эксплуатации насоса и коэффициент сходимости К позволяющий вести вычисления по паспортным характеристикам насоса. На штанговых насосах используются отношения мощности к давлению при ходе устьевого штока вверх при двукратном значении давления на устье скважины.

Главные преимущества предложения

Отсутствие в потоке жидкости измерительных технических средств Экономический эффект в установке и эксплуатации технических средств измерения.