Способы регулирования режимов работы НПС

Существующие методы регулирования работы НПС подразделяются на способы плавного и ступенчатого регулирования.

Способы плавного регулирования на практике реализуются следующими способами: перепуск, дросселирование, изменение числа оборотов ротора насосов.

Способы ступенчатого регулирования на практике реализуются следующими способами: изменение числа работающих насосов НПС, изменение схемы соединения насосов на НПС, изменение числа ступеней у многоступенчатых насосов, замена роторов (рабочих колёс) насосов, изменение диаметра рабочего колеса насосов.

Метод регулирования перепуском состоит в перепуске части жидкости с выхода насоса вновь на его вход (рисунок 7.9). При этом происходит изменение характеристики трубопроводной системы, на которую работает насос и изменяется месторасположение рабочей точки НПС. Это влечёт за собой изменение режима работы трубопровода.

Рисунок 7.9 – Изменение режима работы НПС перепуском

 

Рассмотрим данный случай подробнее. Допустим, в начальный момент НПС 1 работала без перепуска на трубопровод 2. Рабочая точка системы занимает положение М, производительность нефтепровода равна Q₀.

Откроем задвижку на перепускном трубопроводе 3. Жидкость теперь движется не только по одному трубопроводу 2, но и по перепускному трубопроводу 3. С гидравлической точки зрения это означает появление в системе дополнительного элемента – трубопровода 3. Теперь для нахождения рабочей точки системы необходимо первоначально найти суммарную H-Q характеристику трубопроводов 2 и 3.

Эти трубопроводы согласно рисунка 7.9 соединены между собой параллельно. Поэтому для нахождения их суммарной характеристики следует сложить 2 и 3 путём сложения их абсцисс (Q) при одинаковых ординатах (H). В итоге получается кривая (2+3). Рабочей точкой системы при работе НПС с перепуском будет точка М_П.

Как видно, при работе с перепуском производительность НПС возрастает с Q₀ до Q_П. Посмотрим какое количество жидкости при этом будет поступать в трубопровод 2. Трубопровод 2 расположен на выходе НПС и находится под напором станции, равным согласно М_П величине Н_П. При напоре Н_П трубопровод 2 будет пропускать через себя, если следовать его H-Q характеристике, производительность Q₂, меньшую первоначальной Q₀, существовавшей при перекачке без перепуска.

Таким образом, при перекачке с перепуском производительность трубопровода всегда только снижается.

Данный метод регулирования является неэкономичным, т.к. при его осуществлении производительность трубопровода снижается, а производительность НПС, напротив, возрастает. Это вызывает перерасход энергии на единицу транспортируемой нефти.

Регулирование режима работы НПС дросселированием состоит в создании потоку искусственного сопротивления в виде сужения площади поперечного сечения потока в каком-либо его месте (сечении). Реализуется данный метод на узлах регулирования НПС с помощью управляемых со щита станции и автоматикой регуляторов давления или регулирующих заслонок.

Суть данного метода показана на рисунке 7.10. При полностью открытом дроссельном органе D (заслонке, регуляторе и т.д.) рабочей точкой системы является точка М, производительность системы (трубопровода) равна Q₀, гидропотери в ней Н₀.

Рисунок 7.10 – Изменение режима работы НПС дросселированием

 

Если дроссельный орган D прикрыть, то его сопротивление увеличится, и к потерям напора в трубопроводе, отображённом на рисунок 16, кривой 2, прибавляя потери напора в дроссельном органе. Общие потери напора в системе возрастут, им будет соответствовать кривая 2’. Рабочая точка системы и НПС переместится в положение М_д, производительность трубопровода снизится до Q_д.

Интересно проследить как изменяется напор НПС при дросселировании. Согласно рисунку 6.10 напор, развиваемый станцией при дросселировании, увеличивается до Н_д, потери же напора в трубопроводе, напротив уменьшаются. При производительности Q_д они в соответствии с Н-Q характеристикой собственно трубопровода 2 (без учёта дроссельного органа) составляют Н’_д Напор, соответствующий разности Н_д – Н’_д, развивается НПС не производительно, т.к. теряется на дроссельном органе.

Таким образом, при дросселировании производительность трубопровода всегда только уменьшается. Данный метод регулирования также неэкономичен, т.к. НПС непроизводительно развивает излишний напор, что делает дороже транспорт нефти в связи с перерасходом энергии.

Изменение количества работающих насосов при последовательном соединении насосов приводит к значительному изменению напора, развиваемого НПС при незначительном изменении подачи. При параллельном соединении насосов, включение в работу еще одного насоса приводит к значительному увеличению подачи НПС при незначительном увеличении напора.

 

Рисунок 7.11 – Изменение режима работы НПС путем изменения количества насосов и схемы их соединения

1 – характеристика насоса; 2 – напорная характеристика ПС при последовательном соединении насосов; 3 – напорная характеристика ПС при при параллельном соединении насосов; 4, 5 – характеристика трубопровода; 6 – h-Q характеристика насоса при последовательном соединении; 7 – h-Q характеристика насоса при параллельном соединении.

 

При регулировании режима работы НПС изменением числа оборотов ротора насосов происходит изменение Н-Q характеристик насосов, как это показано на рисунке 7.12. С увеличением числа оборотов характеристика смещается вправо и вверх в соответствии с зависимостями:

;             .

Рисунок 7.12 – Изменение режима работы НПС путем изменения числа оборотов ротора насоса

 

Как видно из рисунка, при данном методе регулирования насос развивает напор и подачу, строго соответствующие сопротивлению и пропускной способности трубопровода. Поэтому при данном методе не наблюдается излишний расход энергии. Это самый экономичный метод регулирования.

Из всех рассмотренных методов плавного регулирования на НПС наиболее часто используется метод дросселирования, поскольку он наиболее прост в реализации, и обладает хорошим быстродействием, хотя и не является экономичным.

Перепуск не находит применения потому, что при пологопадающих Н-Q характеристиках насосов он менее экономичен, чем дросселирование.

В настоящее время также применяется регулирование изменением частоты вращения роторов насосов – прогрессивный и экономичный метод регулирования. Данный метод заключается в использовании частотно-регулируемых приводов или гидромуфт. Применение плавного регулирования частоты вращения роторов насосов на НПС облегчает синхронизацию работы станций, позволяет полностью исключить обточку рабочих колес, применение сменных роторов, а также избежать гидравлических ударов в трубопроводе. При этом сокращается время запуска и остановки насосных агрегатов. Однако в силу технических причин и значительных начальных затрат на реализацию, этот способ пока еще не нашел широкого распространения.