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 регулирования напора нефтепродуктов, транспортируемых по магистральному нефтепроводу.

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. Это достигается тем, что магистральная насосная станция нефтеперекачивающего технологического участка содержит группу насосов 2 связанных с электродвигателями 3, входы и выходы насосов 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. При этом каждый электродвигатель 3 связан с насосом через гидромуфту 13, имеющую систему ее заполнения рабочей средой, выполненную регулируемым насосом 14, элемент управления которым связан с выходом блока управления 9 с возможностью изменения давления на выходе насоса по параметрам давления на входе и выходе коллектора 4.

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, при этом 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 относится 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 при помощи применения управляемой гидродинамической муфты, установленной между электродвигателем и насоса для перекачки нефти, и выполненной с управляемой системой ее наполнения рабочей средой с возможностью обеспечения изменения частоты вращения насоса по перекачки нефти.

Согласно полезной модели указанный технический результат достигается тем, что в магистральной насосной станции нефтеперекачивающего технологического участка, содержащей группу насосов 2, связанных с электродвигателями 3, входы и выходы насосов 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 электродвигатель 3 связан с насосом через гидромуфту 13, имеющую систему ее заполнения рабочей средой, выполненную регулируемым насосом 14, элемент управления которым связан с выходом блока управления 9 с возможностью изменения давления на выходе насоса 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 насосных станций на этом участке.

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, предназначенный для перекачивания нефти, выполненный центробежным и кинематически связанный с электроприводом и своими входом и выходом сообщенный коллектором;

поз.3 - 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 заполнения гидромуфты рабочей средой;

поз.10 - задатчик сигнала, соответствующего минимальному давлению, обусловленному величиной давления бескавитационного режима работы насоса;

поз.11 - задатчик сигнала, соответствующего максимальному давлению, обусловленному прочностными свойствами магистрального трубопровода 12;

поз.12 - магистрального трубопровода;

поз.13 - гидромуфта, установленная между электродвигателем 3 и насосом 2 и выполненная с системой ее заполнения, обеспечивающей плавный запуск и варьирование скоростью насоса;

поз.14 - регулируемый гидронасос заполнения гидромуфты рабочей средой.

Согласно полезной модели магистральная насосная станция 1 нефтеперекачивающего технологического участка содержит группу насосов 2, связанных через гидромуфты с электродвигателями 3. 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 то, что каждый электродвигатель 3 связан с насосом 2 для перекачки нефти через гидромуфту 13, имеющую систему управления ее заполнения рабочей средой, выполненную с регулируемым насосом 14, элемент управления которым связан с выходом блока управления 9 с возможностью изменения 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 системы заполнения гидромуфты 13 рабочей средой 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 систему управления заполнением гидромуфты 13. 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 объема наполнения гидромуфты рабочей, и как следствие на изменение режима работы насоса по перекачки нефти.

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, причем напор на выходе насоса 2 также низкий, то система управления, в основу которой положен ПИД-регулятор, формирует управляющий сигнал на элемент управления гидронасосом 14 для изменения заполнения гидромуфты рабочей средой с последующим изменением производительности насоса 2 по перекачиванию нефти и устранением одного из вышеперечисленных условий.

Изменение частоты вращения выходного вала гидромуфты МНА осуществляется с помощью использования гидронасоса заполнения гидромуфты 13 рабочей средой, при этом регулирование давления на входе и выходе магистральной насосной станции с помощью гидродинамической муфты наиболее эффективно, когда в процессе перекачки нефти требуется обеспечить плавный пуск МНА при относительно небольшом диапазоне регулирования технологических режимов по давлению, что в итоге не приводит к снижению коэффициента полезного действия насосной станции.

При сопоставлении предложенного решения с прототипом получается следующее. В процессе дросселирования перед регулятором давления (у прототипа) формируется давление, превышающее давление на выходе нефтеперекачивающей станции, так называемое «коллекторное» давление. Величина «коллекторного» давления может составлять до 7,5 МПа и ограничена возможностями производителей насосного оборудования серийных магистральных насосов. Учитывая, что величина увеличения «коллекторного» давления составляет 1,0 - 1,5 МПа, допустимое рабочее давление на выходе нефтеперекачивающей станции принята не более 6,3 МПа.

В случае регулирования давления методом изменения числа оборотов магистрального насоса 2 с помощью гидромуфты, давление в коллекторе МНС не превышает давление на ее выходе. В связи с этим, при проектировании имеется возможность повысить допустимое давление на выходе магистральной насосной станции до 7,5 МПа.

Данное решение позволяет при проектировании уменьшить требуемое количество нефтеперекачивающих станций по трассе нефтепровода по сравнению с вариантом регулирования давления методом дросселирования потока нефти, либо при одинаковом количестве нефтеперекачивающих станции по трассе магистрального нефтепровода обеспечит большую пропускную его способность.

Таким образом 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. Кроме этого, применение регулируемых гидромуфт существенно для оперативного изменения частоты вращения центробежных насосов при переменных нагрузках. При снижении нагрузки гидромуфта уменьшает частоту вращения насоса, что существенно улучшает его работу и продляет срок службы.

Магистральная насосная станция нефтеперекачивающего технологического участка, содержащая группу насосов, связанных с электродвигателями, входы и выходы насосов сообщены с коллектором, связанным на входе и выходе с магистральным трубопроводом, и систему управления, имеющую 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 давлению из коллектора, причем второй вход блока сравнения по входному давлению связан с задатчиком сигнала, соответствующего минимальному давлению, обусловленному величиной давления бескавитационного режима работы насоса, а второй вход блока сравнения по выходному давлению связан с задатчиком сигнала, соответствующего максимальному давлению, обусловленному прочностными свойствами магистрального трубопровода, отличающаяся тем, что каждый электродвигатель связан с насосом через гидромуфту, имеющую систему ее заполнения рабочей средой, выполненную с регулируемым насосом, элемент управления которым связан с выходом блока управления с возможностью изменения давления на выходе насоса по параметрам давления на входе и выходе коллектора.