CC BY
27
УДК 621.365
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОЦЕНКИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ СИСТЕМ ПОДДЕРЖАНИЯ ПЛАСТОВОГО ДАВЛЕНИЯ.
МУХОРТОВ И.С.
Самарский государственный технический университет
Рассмотрена математическая модель процессов перекачки жидкости станциями водоподъема систем поддержания пластового давления, ориентированная на расчет энергетических показателей с учетом фактических характеристик насосных агрегатов и электропривода. Получены выражения для расчета значений непроизводительного потребления электроэнергии при дискретном регулировании расхода жидкости, учитывающие фактические характеристики насосных агрегатов и электропривода.
Ключевые слова: насосная станция, центробежный насос, расход электроэнергии, дискретное регулирование, оценка эффективности.
Введение
Совершенствование систем подготовки и транспортировки воды предполагает создание оптимальных систем управления насосными агрегатами конкретных станций. Повышение экономической эффективности технологического процесса транспортировки воды осуществляется за счет минимизации и исключения непроизводственных потерь энергетических ресурсов, в частности, снижения потребления электрической энергии. Основная доля потребления электроэнергии системами поддержания пластового давления (ППД), предназначенными для повышения нефтеотдачи посредством закачки воды в пласт, приходится на электродвигатели центробежных насосов станций подготовки и транспортировки воды. Для повышения экономической эффективности работы данных объектов необходимо исследование энергетических и механических процессов в системе «электропривод-насос-трубопровод» на базе экспериментальных исследований статических и динамических характеристик объекта и разработки математических моделей, ориентированных на оптимизацию энергопотребления в стационарных и переходных режимах работы электропривода центробежных насосов. Адекватные реальным объектам модели могут быть построены только с учетом непосредственной оценки (измерений) основных параметров технологического процесса: энергопотребления, расхода и напора жидкости, так как эксплуатируемый парк насосного оборудования имеет высокую степень физического износа и большинство агрегатов подвергались неоднократному капитальному ремонту.
При работе насосной установки с подачей меньше расчетной (введение дросселя в напорную линию) возникает несоответствие между напором, развиваемым насосом, и напором, требуемым для подачи того или иного количества жидкости, - превышение напора насоса АН. Сравнение характеристики центробежных насосов и трубопроводов показывает, что при уменьшении подачи требуемый напор также уменьшается, а развиваемый насосом напор увеличивается. Разность этих напоров и есть превышение напора сверх требуемого [1]:
© И. С. Мухортов Проблемы энергетики, 2013, № 7-8
АН=Ин-Иа.
Выражение для потерь мощности из-за превышения напора, возникающего при работе насосной установки с подачей меньше расчетной (введение дросселя в напорную линию), в г-м режиме для j-го альтернативного варианта включения насосов [2]:
и 1000п
где р - плотность жидкости, кг/м3; g - ускорение свободного падения, ¿=9,81 м/с2; КПД насоса; Qj■ - подача жидкости, м3/ч; АЩ - превышение напора, м.
КПД насоса вычисляется на основании экспериментальных данных:
п=. pgQH
(1)
п
(2)
1000^
где Q - значение подачи жидкости, м3/ч; Н - напор, м; Р - мощность, потребляемая насосным агрегатом, кВт; це^ - КПД электродвигателя. Для варианта включения группы насосов, потери мощности из-за превышения напора для каждого насоса с учетом его КПД и подачи вычисляются отдельно по выражению (1), затем суммируются с учетом снижающего коэффициента ф, значение которого (таблица) преимущественно зависит от числа работающих насосов в режиме наибольших подач для данной установки [1].
Таблица
Зависимость величины снижающего коэффициента от числа работающих насосов
Число работающих насосов m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Снижающий коэффициент ф 1 0,75 0,66 0,56 0,5 0,47 0,44 0,42 0,4 0,38
Применение измерителя параметров качества электрической энергии Ресурс-ИР2МВ-3П15-5 [3] в комплексе с расходомерами и датчиками давления станции позволяет параллельно получить необходимые исходные данные для расчета потерь мощности из-за превышения напора в соответствии с выражениями (1) и (2).
Для оценки эффективности электропривода в г-м режиме для ■-го альтернативного варианта включения насосов применяется выражение
Шу = дрт,
где Тг - длительность г-го режима, ч.
Предложенная модель находит применение при решении задачи оптимизации режимов работы электроприводов насосных агрегатов при дискретном регулировании расхода жидкости в условиях длительной эксплуатации оборудования.
Таким образом, рассмотренная математическая модель процессов перекачки жидкости станциями водоподъема систем поддержания пластового давления позволяет произвести расчет энергетических показателей с учетом фактических характеристик насосных агрегатов и электропривода. Полученные выражения для расчета значений непроизводительного потребления электроэнергии при дискретном регулировании расхода жидкости учитывают фактические характеристики насосных агрегатов и электропривода.
Summary
Mathematical model of liquid pumping process by water lift stations of reservoir pressure maintenance system focused on calculation of the energy indicators taking in
© Проблемы энергетики, 2013, № 7-8
account real characteristic of pump units and electric drives is given. Obtained mathematical expressions for calculation unproductive electrical energy consumption for water supply by discrete adjustment taking in account real characteristic of pump units and electric drives.
Key words: pumping station, centrifugal pumping equipment, power consumption, discrete adjustment, energy efficiency estimation.
Литература
1. Лезнов Б.С. Экономия электроэнергии в насосных установках. М.: Энергоатомиздат, 1991.
144с.
2. Абакумов А.М., Мухортов И.С. Оптимизация режимов работы электроприводов насосов систем поддержания пластового давления // Вестник СамГТУ. Сер. Технические науки. 2012. №3 (35). С. 163-169.
3. Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: ВНИИМС, 2000. 38 с.
Поступила в редакцию 27 июня 2013 г.
Мухортов Иван Сергеевич - начальник службы развития производства и энергоаудита ООО «Диагностика-Энергосервис», г. Альметьевск, РТ; Самарский государственный технический университет, г. Самара. Тел: 8(904)6764031.
© Проблемы энергетики, 2013, № 7-8
