Диссертация (1172964), страница 23
Текст из файла (страница 23)
В первом случае равным нулю становится дифференциальный напорстанции, во втором – расход нефти.176Рисунок 5.5 – Скорость увеличения давления в линии всасывания станциив случае, в котором станционный обратный клапан закрываетсяПродолжительность выбега НПС не является индивидуальной характеристикой исключительно самой нефтеперекачивающей станции и установленных на нейнасосов, она зависит также от режима, в котором работает нефтепровод, то есть отначальных значений расхода нефти, скорости перекачки и гидравлического уклона.5.2. Исследование процессов пуска нефтеперекачивающих агрегатовПуск магистрального агрегата может осуществляться на открытую (открывающуюся) или закрытую задвижку. В первом случае по сравнению со вторым отсутствует гидравлический удар при пуске, значительно уменьшается время выходанасоса на рабочий режим, снижается давление в его нагнетательной линии (чтоснижает амплитуду ее нагружения, облегчает работу торцовых уплотнений).
Поэтому пуск на открытую задвижку там, где позволяют пусковые характеристикиэлектродвигателей, является более предпочтительным.Втягивание ротора каждого насосного агрегата в режим синхронизма осуществляется специальным асинхронным устройством. Это устройство работает в пределах30-45 с, а затем отключается, после чего угловая скорость ротора остается постоянной, равной номинальному значению. В процессе пуска отдельных насосов давление177в линии всасывания НПС уменьшается, а в линии нагнетания увеличивается.
Пусквсех насосов приводит к существенному уменьшению давления перед станцией ивозможности аварийного отключения НПС вследствие нарушения кавитационногозапаса. В этой связи необходима оценка продолжительности пускового режимаНПС, величина и скорость уменьшения давления перед станцией.Момент эд электродвижущих сил, втягивающих ротор нефтеперекачивающегоагрегата в режим синхронизма достаточно сложно зависит от угловой скорости вращения. Оставляя в стороне детали этой зависимости, можно принять, что эд ()начинается с пускового момента п при =0, возрастает до максимального значения , находящегося вблизи подсинхронной скорости ∗ , а затем быстро убывает донуля. При этом можно принять, что п ≅ ∙ 0 , ≅ 2 ∙ 0 , где 0 – значениеноминального момента привода в режиме синхронизма. Таким образом, эд (0) = ∙ 0 , эд (∗ ) = 2 ∙ 0 .Значения кратности пускового момента для электродвигателя большой мощности находятся в диапазоне ≅ 0,5 ÷ 1,5.
После достижения скоростью вращенияротора агрегата подсинхронной ∗ скорости, значение которой, как правило, весьмаблизко к значению 0 номинальной скорости, насос втягивается в режим синхронизма, в обмотках электродвигателя возникает бегущее поле, обеспечивающее постоянство угловой скорости = 0 [48, 50]. Вопрос состоит в том, как долго продолжается пусковой режим НПС, и какой переходный процесс возникает при этом втрубопроводе.Пусть промежуточная НПС расположена на трубопроводе, по которому ужеведется перекачка нефти с начальным расходом 0 , а каждый насосный агрегат 1расположен на байпасе основной магистрали, имеющем обратный клапан 2 междулинией всасывания и линией нагнетания (рисунок 5.6).178Рисунок 5.6 – Схема подключения насосного агрегата, установленного на байпасе(1 – насос, 2 – обратный клапан)При включении насосного агрегата начинается разгон его ротора специальнымасинхронным приспособлением, называемым «беличьей клеткой», так что угловаяскорость становится отличной от нуля и начинает увеличиваться.
При этом частьнабегающего потока нефти с расходом (подачей) идет через насос, а другая частьс расходом (0 − ) идет напрямую через все еще остающийся открытым обратныйклапан (рисунок 5.6).При дальнейшем увеличении угловой скорости насос начинает создавать положительный дифференциальный напор ∆. Если характеристику насосного агре2гата представить в виде = ∙ − ∙ 2 , то дифференциальный напор становится положительным, начиная с момента времени ∗ , при котором угловая скорость ∗ вращения ротора насоса определяется уравнением ∗ = √⁄ ∙ 0 = √1 .В этот момент времени обратный клапан на байпасе закрывается, и область нагнетания оказывается изолированной от области всасывания. При этом транзитныйрасход жидкости становится равным нулю и подача насоса сравнивается с набегающим расходом = 0 . Начиная с момента ∗ , характеристика насоса принимает2обычный вид = ∙ − ∙ 2 , где ∗ < ≤ 1, т.е.
насос, набирая обороты,продолжает перекачивать жидкость из области всасывания в область нагнетания,однако уже разделенные закрывшимся обратным клапаном, > 0.179Дифференциальное уравнение вращения ротора насоса (5.1) для описания процесса пуска агрегата можно представить в безразмерной форме в следующем виде:эд () − ,при 0 < ≤ ∗ , 0 ≤ ≤ ∗ ; ∙ ∙ 0 ∙ ⁄ ∙ 02 2 12= эд () −∙ ∙ ( −∙ ) ∙ − ,0 ∙ 0(5.14)при ∗ < ≤ 1, > ∗ .{В отличие от уравнения (5.2), записанного для процесса отключения агрегата,здесь момент эд электродвижущих сил отличен от нуля.
Первая строка в системе(5.14) относится к моментам времени 0 ≤ ≤ ∗ до закрытия обратного клапана набайпасе (∗ = ∗ ⁄0 ), вторая – к моментам времени > ∗ после его закрытия. Безразмерный момент электродвижущих сил определяется как эд () = эд ()⁄0 .В соответствии с изложенным выше, для эд () можно предложить зависимостьэд () ≅ + (2 − ) ∙ , при 0 < ≤ 1.(5.15)Использование уравнений (5.14) – (5.15) совместно с уравнением (4.68) дляголовной НПС или уравнением (4.71) для промежуточной НПС позволяет применять алгоритм расчета переходных процессов, изложенный в главе 4, для решениязадачи запуска насосных агрегатов на НПС.Для процесса пуска насосов, также как и в случае его выбега, может быть записано уравнение (5.10), устанавливающее связь между скоростью ̅ () жидкости,перетекающей через НПС с частотой ̅() вращения насосных роторов. Начальноедифференциальное давление ∆0 из расчета следует исключить, поскольку в случаепуска насоса ∆0 = 0.
Уравнение (5.10) дополняет систему (5.14) и позволяет решить поставленную задачу.Рассмотрим запуск НПС, состоящей из нескольких последовательно соединенных насосных агрегатов. Как было сказано выше, при пуске каждого насоса существует безнапорный период, происходящий при открытом обратном клапане, и180напорный период, когда этот обратный клапан закрывается. Пуск первого насосапроисходит в момент времени 1 = 0, второго – в момент времени 2 (2 > 1 ), третьего – в момент времени 3 (3 > 2 ) и т.д. В интервале времени 0 < ≤ ∗1 , где ∗1 – момент времени до закрытия обратного клапана на байпасе 1-го насоса, насос уже работает, однако его влияние наперекачку отсутствует, дифференциальный напор насоса равен нулю (1 = 0).Обратный клапан закрывается лишь тогда, когда угловая скорость 1 вращения егоротора достигает значения ∗1 = 1 (∗1 ) = √1 .
Начальным условием для пускапервого насоса является условие 1 (0) = 0. В этом интервале расчет сводится крешению системы уравнений1= + (2 − ) ∙ 1 − , 0 ≤ 1 ≤ √1 ,{ () = 1.(5.16)Дифференциальное давление НПС НПС = 0. В интервале времени ∗1 < ≤ 2 так же работает только один первый насос,однако он начинает влиять на течение жидкости в трубопроводе, 1 > 0. Решается система уравнений1122= + (2 − ) ∙ 1 − ∙ ∙ (1 − 1 ∙ ) ∙− , 1 < 1,122(1 + 2 + 3 ∙ )̅ () ={.(5.17)22 + √22 + 4(1 + 3 ∙ )(1 + 2 + 3 ∙ )Если при ≤ 2 частота вращения первого агрегата достигнет значения 1 () = 1,то решение первого уравнения системы (5.17) прекращается и полагается 1 () ≡1.
Дифференциальное давление НПС определяется по формуле (5.8) какНПС =122∙ (1 − 1 ∙ ).2181 В интервале времени 2 < ≤ ∗ 2 (∗ 2 – момент закрытия обратного клапанана байпасе 2-го насоса) работают уже 2 насосных агрегата. Однако работа 2-го агрегата до закрытия обратного клапана, происходящая при частоте вращения ротора2 ≤ ∗ 2 , где ∗ 2 = 2 (∗2 ) = √1 ∙ (∗2 )¸ не сказывается на параметрах теченияжидкости, 2 = 0. Расчет в этом интервале времени сводится к решению системыуравнений1122= + (2 − ) ∙ 1 − ∙ ∙ (1 − 1 ∙ ) ∙− , 1 < 1,12= + (2 − ) ∙ 2 − , 0 ≤ 2 ≤ √1 ∙ (),22(1 + 2 + 3 ∙ )̅ () =.22 + √22 + 4 ∙ (1 + 3 ∙ )(1 + 2 + 3 ∙ ){(5.18)Причем 1 () определяется по первому дифференциальному уравнению, еслитолько 1 < 1 (первый насос еще не втянут в режим синхронизма). В противномслучае 1 () ≡ 1.
Дифференциальное давление НПС по-прежнему определяетсявыражениемНПС =122∙ (1 − 1 ∙ ).2 В интервале времени ∗ 2 < ≤ 3 также работают 2 насоса, и 2-й насос начинает влиять на течение нефти в трубопроводе, 2 > 0. Поэтому расчет сводится крешению системы уравнений1122= + (2 − ) ∙ 1 − ∙ ∙ (1 − 1 ∙ ) ∙− , 1 < 1,12122= + (2 − ) ∙ 2 − ∙ ∙ (2 − 1 ∙ ) ∙− , 2 < 1,2̅ () ={22(1+22+ 2 + 3 ∙ )2 + √22 + 4 ∙ (1 + 3 ∙2)(1+22+ 2 + 3 ∙ ).(5.19)182Причем, если 1-й или 2-й насос уже втянуты в режим синхронизма, вместо соответствующего уравнения полагаем 1 () ≡ 1 или 2 () ≡ 1. Характеристика НПСв этом случае имеет видНПС =1222∙ (1 + 2 − 1 ∙ ).2Приведенный алгоритм может аналогично использоваться для расчета пускаостальных насосных агрегатов на НПС. Пусковой процесс заканчивается в момент,когда угловые скорости вращения роторов всех насосных агрегатов НПС становятся равными 1.На рисунке 5.7 представлены параметры пуска промежуточной НПС, оснащенной 3-мя насосами НМ 2500-230 ( = 282 м, = 0,792 · 10−5 ч2 /м5 , =200 кг · м2 , 0 = 1548 кВт, 0 = 3000 об/мин.
или 0 = 315 с−1 , = 0,87), соединенными последовательно. Перекачивается нефть с плотностью = 870 кг/м3 и вязкостью ν = 10 cCт в трубопроводе диаметром = 720 х 10 мм. Начальный перекачки 0 = 1683 м3 /ч. Давление в сечении НПС до ее пуска 0 =2,62 МПа.Для аналогичного трубопровода скорость звука или скорость распространенияволн в нефти была определена в п. 5.2 и равна с = 1063 м/с.Рассматриваемому режиму соответствуют скорость перекачки0 =4 ∙ 0 4 ∙ 1683⁄3600== 1,215 м⁄с, ∙ 2 ∙ 0,72число Рейнольса =0 ∙ 1,215 ∙ 0,7== 85050,10 ∙ 10−6коэффициент гидравлического сопротивления68 Δ 0,25680,2 0,25 = 0,11 ∙ ( + )= 0,11 ∙ (+= 0,0200,) 88700 700183и гидравлический уклон1 021 1,21520 = ∙ ∙= 0,0200 ∙∙= 2,15 ∙ 10−3 . 2∙0,7 2 ∙ 9,81Рисунок 5.7 – Расчет параметров пуска НПСВ этом случае параметры, определяющие решение, принимают следующиезначения:0 =0 =0 1548== 4,914 кВт ∙ с,0315 ∙ 0 200 ∙ 315== 12,82 с,04914184= ∙ ∙ 0 ∙ 870 ∙ 9,81 ∙ 1683⁄3600 ∙ 282== 0,836,0 ∙ 0 ∙ 4914 ∙ 315 ∙ 0,87 ∙ 02 0,792 ∙ 10−5 ∙ 168321 === 0,080,2822 =2 ∙ ∙ 0 2 ∙ 1063 ∙ 1,216== 0,934,9,81 ∙ 2820 ∙ ∙ 0 2,15 ∙ 10−3 ∙ 1063 ∙ 12,823 === 0,104.282Пуск насосов осуществлялся таким образом, что каждый последующий насосзапускался после входа предыдущего в режим синхронизма.
Запуск 1-го агрегатабыл произведен в момент 1 = 0 (1 = 0 с), второго – в момент времени 2 = 1(2 = 12,82 с), третьего – в момент времени 3 = 2 (2 = 25,64 с).Продолжительность запуска 1-го насоса в рассматриваемом примере составила 11,7 с, 2-го насоса – 11,4 с, 3-го − 11,1 с. При этом время работы насосов вбезнапорном режиме равно 3,3 с, 5,0 с и 5,6 с, соответственно. Увеличение продолжительности безнапорного режима работы каждого последующего насоса связанос увеличением скорости перекачки нефти через станцию.Включение каждого насоса сопровождается падением давления в линии всасывания перекачивающей станции, т.е.
непосредственно перед НПС. При таком падении давление на входе в насосы может достичь уровня его минимального значения по противокавитационному запасу и привести к аварийному отключению станции. Поэтому на рисунке 5.7 кроме графиков изменения безразмерного числа оборотов насосных роторов 1 () = 1 ()/0 , 2 () = 2 ()/0 и 3 () = 3 ()/0 в процессе пуска агрегатов, а также изменения безразмерной скорости () =()/0 нефти, протекающей через станцию, показан график изменения безразмерного давления в ()/0 в линии всасывания НПС. Продолжение графиков ()/0и в ()/0 (пунктир на рисунке 5.7) показывает динамику изменения параметра вслучае, когда включения следующего агрегата не происходит.185По графику понятно, что в рассматриваемом примере пуск 3-го насоса на НПСневозможен, т.к.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
