МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ;pdf

Минимизация потребления электроэнергии при трубопроводном
транспорте нефти
Работинская Т. И., [email protected]
Научный руководитель – Чаадаев К.Е.
г.Ухта, Ухтинский государственный технический университет
Одной из основных статей эксплуатационных расходов магистральных
нефтепроводов являются затраты на электроэнергию. Доля электроэнергии в
себестоимости магистрального транспорта нефти составляет около 35%. Это
свидетельствует о том, что проблема эффективного и рационального использования электроэнергии в трубопроводном транспорте нефти является актуальной.
Электроэнергия, расходуемая в трубопроводном транспорте нефти, состоит из двух частей:
а) потребление электроэнергии насосными агрегатами (расход электроэнергии на перекачку нефти) (WНА) – около 95% общего расхода.
б) собственные нужды НПС, ЛПДС (WСН) – около 5%.
Таким образом, общее количество потребляемой электроэнергии рассчитывается по формуле: W  WHA  WCH
Рассмотрим структуру расхода электроэнергии на перекачку нефти по
магистральным нефтепроводам более подробно. Она состоит из следующих
статей:
1. минимально необходимый расход (Wмин.н) (на расчетно-оптимальном
режиме);
2. расход на циклическую работу МН, связанную с периодической остановкой перекачки (W2);
3. расход, связанный с режимными затратами (W3);
4. расход, обусловленный отклонением фактических характеристик МНА
от паспортных (каталожных) (WКПД);
5. расход, связанный с неравномерностью работы, в связи с проведением
ремонтных работ (Wнер.);
6. расход, связанный с технологическими затратами (Wтехн.).
Расчет структуры расхода электроэнергии на перекачку нефти по МН
проводится по нижеприведенной общей формуле. Вычисление отдельных слагаемых приведено в [2]
WНА  Wмин.н  W2  W3  WКПД  Wнер .  Wтехн.
В качестве основных нормативных показателей предлагается использовать структуру потребления электроэнергии на перекачку нефти, представленную в таблице 1.
Таблица 1. Оценка потребления электроэнергии
Статья структуры
Нормативное
Статья структуры
Нормативное
энергопотребления
потребление,
энергопотребления
потребление,
электроэнергии
% к Wмин.н
Минимально необходимый расход (Wмин.н)
100%
электроэнергии
% к Wмин.н
Затраты, за счет от-
3,5 – 3,9%
клонения фактических характеристик
от паспортных
Расход на циклическую перекачку
Затраты на неравноДо 20%
мерность режимов
До 12%
работ, вызванных
проведением ремонтных работ
Режимные затраты
5,47 – 8,87%
Технологические за-
8,15%
траты
По данным таблицы видно, что для того чтобы минимизировать расход
электроэнергии необходимо принять целый комплекс мероприятий:
1. для того чтобы уменьшить расход на циклическую работу нужно провести замену роторов насоса; замену МНА; уменьшить число рабочих ступеней
МНА; применять регулируемый привод МНА.
2. для снижения потребления электроэнергии на режимные затраты: проектировать оптимальную расстановку роторов МНА; определять оптимальный
ряд режимов работ (резерв снижения расхода электроэнергии от объема потребления около 4%)
3. для уменьшения потерь за счет отклонения фактических характеристик
МНА от паспортных нужно проводить их своевременный ремонт и замену для
обеспечения работы НА в оптимальном режиме (резерв снижения расхода
электроэнергии от объема потребления около 2,4%)
4. для минимизации затрат на неравномерность работ, вызванных проведением ремонтных работ рекомендуется снижать время ремонтных работ и
проводить ремонтные работы на нескольких участках одновременно, производить внедрение преобразователей частоты в схему МНА(резерв снижения расхода электроэнергии от объема потребления около 3%).
5. для снижения технологических затрат следует соблюдать периодичность очистки внутренней полости МН, обеспечить ритмичность режимов работы, работать только на режимах из ряда оптимальных, работать в течение месяца на режимах не более двух из ряда оптимальных (резерв снижения расхода
электроэнергии от объема потребления около 5,5%)
Рассмотрим более подробно внедрение преобразователей частоты в схему
МНА. Одной из основных проблем МНА является обеспечение плавного изменения частоты вращения двигателя насосного агрегата, так как плавность вращения обеспечивает постепенный вход в работу насоса после остановки и варьирования скорости перекачки нефти по МН.
Для обеспечения регулировки частоты вращения необходим источник питания двигателя переменным током с регулируемой частотой. В качестве таких
источников могут применяться электромагнитные, ионные или полупроводниковые преобразователи частоты (ПЧ).
Использование асинхронных двигателей, укомплектованных устройствами частотного регулирования, наиболее целесообразно при транспорте нефти,
так как их исполнение пожаро - и взрывобезопасно.
Таким образом, однолинейная схема электроснабжения питания МНА от
ПЧ представлена на рисунке 1.
10 кВ
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
М
М
М
М
Q6
Q7
Q8
Q9
Рис. 1 - Однолинейная схема электроснабжения питания МНА от ПЧ
Внедрение преобразователей частоты в схему МНА позволяет плавно
производить работу запуска электродвигателя, изменять скорость перекачки в
широком диапазоне и дает увеличение КПД на 3% при запуске двигателя.
Результаты минимизации по потреблению электроэнергии насосными агрегатами приведены на рисунке 2.
Рис. 2 - Структура расхода электроэнергии на перекачку нефти
Так как МН не может работать только на расчетно-оптимальном режиме
и в идеальных условиях эксплуатации, то при внедрении комплекса мероприя-
тий можно добиться до 5% уменьшения затрат на перекачку нефти, то есть около 4,75 % от общего потребления электроэнергии.
Теперь более подробно остановимся на расходе электроэнергии на собственные нужды НПС, ЛПДС. Расчет потребления электроэнергии по этой стаn
тье рассчитывается по формуле: WСН  Wi /
i 1
где Wi / - это отдельные затраты не связанные с МНА и линией МН.
Рассмотрим основные группы потребителей электроэнергии из данной
части расходов:
1. освещение территории НПС, зданий административно-бытовых помещений НПС, РНУ ( W1/ ) – около 27 %;
2. затраты на автоматизированные системы управления технологическим
процессом магистральных нефтепроводов( W2/ ) – 20 %;
3. электропривод технологических задвижек, задвижек резервуарного
парка, запорной арматуры линейной части ( W3/ ) – 10 %;
4. потери электроэнергии в сетях ( W4/ ) – 18 %;
5. электропривод вспомогательных систем насосных НПС ( W5/ ) – 15%
6. станции катодной защиты ( W6/ ) – 10%.
Для того, чтобы снизить затраты на освещение территории НПС, зданий
административно-бытовых помещений НПС, РНУ рекомендуется установка
светодиодных ламп с датчиками движения, присутствия, освещенности или
специальными диммирующими устройствами. Установка данного осветительного оборудования приводит к экономии до 70% по этой статье. Таким образом, замена осветительных приборов дает выгоду до 18,9 % на расходе электроэнергии на собственные нужды НПС, ЛПДС, и до 0,95 % на общие расходы.
Так как основные потери в сетях происходят на трансформаторах, то рассмотри вариант замены трансформаторов старого поколения на сухие трансформаторы нового поколения. КПД трансформаторов старого поколения находится в пределах от 84 – до 88 %, а КПД современных сухих трансформаторов
достигает 96 %. Следовательно, замена трансформаторов позволит сэкономить
до 12% от расхода электроэнергии на собственные нужды НПС, ЛПДС, и до
0,6% на общие расходы.
На остальные статьи затрат проводить мероприятия не целесообразно.
Таким образом, при внедрении мероприятий, указанных выше, по расходам на собственные нужды НПС, РНУ можно сэкономить до 1,55 % от общих
потреблений электроэнергии.
По проведенной работе можно подвести результат: если при трубопроводном транспорте нефти применять полный комплекс мероприятий, направленных на снижение энергозатрат, то можно добиться экономии до 6,5 %.
А для того, чтобы добиться максимально возможной экономической выгоды, рекомендуется применять для контроля за потреблением электроэнергии
двухтарифные счетчики. Для предварительного расчета будем считать, что, так
как транспортировка нефти имеет круглосуточный характер, то потребление
электроэнергии распределено равномерно в течение суток. Тогда стоимость
энергопотребления
С эдс
будет
рассчитываться
по
следующей
формуле:
1
16  8 
3 )  С  0,78  С
(
э
э
24
где: С э , С эдс - стоимость энергопотребления на однотарифном счетчике и
двухтарифном соответственно. Из вычислений видно, что установка двухтарифного счетчика дает экономическую выгоду 22%.
Вычислим
полную
экономическую
выгоду
от
работы:
Э /  (1  0,065)  0,78  Э  0,73  Э
где: Э , Э / - экономические затраты на электроэнергию без мероприятий.
Таким образом, энергетическая выгода от работы составляет 6,5 %, а экономическая выгода – 27 %.