МАГИСТРАЛЬНЫЕ НЕФТЕПРОВОДЫ

Привод насосов

Для привода основных и бустерных насосов в основном используются высоковольтные асинхронные и синхронные электродвигатели.

Асинхронные электродвигатели

Среди асинхронных электродвигателей часто используются электродвигатели с короткозамкнутым ротором серии АТД (таблица ниже).

Электродвигатели серии АТД изготавливаются в соответствии со спецификациями по взрывозащите и поэтому устанавливаются в том же пространстве, что и насос. Для обеспечения взрывозащиты необходимо поддержание достаточного давления воздуха в корпусе двигателя, чтобы исключить попадание паров нефти внутрь. Однако использование асинхронных двигателей мощностью от 2,5 до 8,0 МВт требует установки дорогостоящих статических конденсаторов большой емкости в насосном помещении (которые часто выходят из строя из-за колебаний нагрузки установки и температуры окружающей среды) и еще больше усложняет конструкцию электроснабжения, добавляя высоковольтное оборудование.

Синхронные электродвигатели

К концу 60-х годов 20-го века в качестве основных приводов насосов стали использоваться современные двигатели серии СТМ, а затем и более совершенные двигатели серии СТД. Современные двигатели более стабильны, чем асинхронные, что особенно важно при периодических перепадах напряжения в сети. В следующей таблице приведены основные характеристики синхронных двигателей серии СТД.

Синхронные двигатели обычно дороже аналогичных асинхронных двигателей, но могут использоваться более эффективно благодаря своим превосходным энергетическим характеристикам. Считается, что КПД синхронных двигателей незначительно изменяется при нагрузках, близких к номинальной мощности двигателя. При нагрузках, в 0,5-0,7 раза превышающих номинальную мощность, КПД синхронного двигателя резко снижается. Это следует учитывать при сравнительном анализе конкурирующих типов насосного оборудования на насосных станциях, как на этапе проектирования, так и на этапе эксплуатации, включая модернизацию.

Регулировка частоты вращения

Опыт эксплуатации нефтепроводов в стране и за рубежом показал, что в ситуациях, когда уровень нагрузки в трубопроводной системе постоянно меняется, предпочтительнее использовать управляемый привод насосного агрегата. Управляя скоростью вращения рабочего колеса нагнетателя, можно плавно изменять гидравлические характеристики и мощность, подстраивая производительность насоса под изменяющуюся нагрузку. Это позволяет, в первую очередь, экономить энергию при подаче нефти.

На рисунке справа показаны характеристики (Q-H) (пунктирная линия) центробежного нагнетателя с номинальной скоростью n₀ об/мин (сплошная линия) и изменением частоты n_* < n₀ об/мин. Если необходимо перекачивать нфть на высоту, меньшую, чем заданный расход в рабочей точке M₀, этого можно добиться, уменьшив скорость вращения ротора насоса и сместив рабочую точку в новое положение M_*. Разница между незатененной и затененной областями прямоугольника пропорциональна экономии электроэнергии, необходимой для перекачки (M₁M_* - напор, который необходимо дросселировать, если не используется устройство регулировки частоты вращения).

Двигатели постоянного и переменного тока являются регулируемыми:

• двигатели постоянного тока можно регулировать по скорости простым изменением величины сопротивления (напр. путем введения трансформатора тока в цепь ротора двигателя), но диапазон регулирования относительно узок;
• двигатели переменного тока могут регулироваться по скорости путем изменения частоты питающего тока (от основного источника питания 50 Гц на большее или меньшее значение, в зависимости от того, увеличивается или уменьшается скорость вращения вала ротора).

Технически эта регулировка осуществляется с помощью тиристорного преобразователя частоты (система ТПЧ - АД). Анализ показывает, что за рубежом наибольшее распространение получили системы с быстродействующими частотно-регулируемыми приводами.

Газотурбинные двигатели

В некоторых случаях используются газотурбинные двигатели, а также другие приводные устройства для насосных агрегатов. Наиболее часто используемыми приводными агрегатами являются газовые турбины мощностью от 1 до 25 кВт. Частота вращения газовых турбин обычно выше, чем у электродвигателей, и составляет от 4 500 до 7 000 об/мин. Поскольку частота вращения вала турбокомпрессора несколько выше, от 5 000 до 12 000 об/мин, для снижения частоты вращения между турбиной и насосом устанавливается редуктор. Скорость газотурбинного привода регулируется регулировкой подачи топлива. Известным отечественным газотурбинным приводом для насосов является двигатель НК-12-СТ, который в основном используется в газовой промышленности для изготовления газоперекачивающих агрегатов ГПА-Ц-6,3.