Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 [ 123 ] 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155

щих аппаратов, отбора циклового воздуха, регенерации и прочих дополнительных устройств. Используя приведенный метод задания характеристик, соотношения можно уточнить (откорректировав числовые коэффициенты) при необходимости выполнения расчетов с высокой степенью точности для конкретного типа двигателей, имеющих различные вспомогательные элементы, улучшающие эффективность их эксплуатации.

Степень эффективности работы газотурбинного привода в составе насосной установки можно оценить КПД двигателя или удельным расходом топлива.

Коэффициент полезного действия равен

п = .3 = 1 = QHpg

« Nзатр ПиС; НиСт Пн

где Nн - полезная мощность насоса; Nзатр - затрачиваемая мощ-ность; Ни - низшая теплотворная способность топлива; Ст - расход топлива.

Выражение для удельного расхода топлива Суд представим следующим образом:

Суд = Nн = QHpg - 0nSt QH •

Видно, что величина Суд определяет расход топлива, приходящийся на единицу мощности, затрачиваемой на перекачку. П ринимая для его оценки значения Н и пн постоянными, можно считать, что Суд показывает приближенно затраты топлива на перекачку 1 т нефти, т.е. характеризует экономичность перекачки. Проследим изменение Суд в зависимости от загрузки и оборотов свободной турбины. Рис. 1 4.1 показывает, что удельный расход топлива уменьшается с повышением загрузки двигателя насосного агрегата, даже при работе на оптимальных оборотах, но на режимах недоиспользования мощности удельный расход топлива больше, чем на режимах, близких к максимальному использованию, и оборотах, отличных от оптимальных.

В диапазоне мощности (0,53-0,63) Nном влияние частоты вращения на удельный расход топлива незначительно и составляет около 2,4 % по сравнению с 11-12 % на режимах полного использования мощности N = (0,9+1,0) Nном или при малой загрузке двигателя N = (0,3+0,35) Nном.

Преобладающим фактором, влияющим на экономичность перекачки на частичных режимах, является степень загрузки турбонасосного агрегата, а на режимах, близких к полному использованию мощности, - обороты свободной турбины.

Соответствующее изменение получают КПД двигателя и насосной установки.

В зависимости от оборотов свободной турбины или передаточного числа редуктора, определяющих частоту вращения выходного вала газотурбинного привода, линия мощности насоса, выраженная через параметры N и п и наложенная на характеристику привода может иметь два принципиально различных положения (кривые 1 и 2 рис. 14.2). Первое - когда линия, характеризующая работу турбонасосной установки в системе магистрального нефтепровода (кривая 1), лежит слева от линии оптимальных режимов работы привода (кривая 3). Здесь экономичность, с точки зрения Суд, повышается с ростом загрузки насоса путем увеличения частоты вращения ротора, например до точки В. Дальнейшее повышение экономичности при неизменной частоте вращения ротора насоса возможно только при изменении передаточного отношения редуктора, соединяющего турбину с насосом, на величину, когда точка В займет положение А.

Второе - когда мощность насоса (кривая 2) находится справа от кривой 3. В этом случае увеличение частоты вращения ротора насоса не всегда может привести к улучшению экономичности. Например, увеличение частоты вращения свыше величины пс (точка С на кривой 3) п риведет к ухудшению Суд.

Выражая кривую мощности насоса как функцию типа Ф1 = F1 (N; п),

а удельный расход топлива как функцию типа Ф2=Суд == =F2 (N; п)

можно оп ределить положение точки С в координатах N и п. Графически такой режим определяется точкой касания кривых, описываемых этими выражениями. Аналитически точка касания находится решением системы двух уравнений, в первом из которых приравниваются значения функций двух кривых, а во втором их производные, т.е.

F1 (N; п) = F2 (N; п);

(14.6)

F (N; п)

F2 (N; п)

Исследование зависимости (1 4. 1 2) показывает, что крутизна кривой мощности насоса, эксплуатируемого в системе нефтепровода, определяется типом насоса и конструктивными параметрами установки и трубопровода (а0; b0; 0; D; i; d; I), степенью совершенства узлов (пн; Птр), номинальными параметрами привода (N ном; пном), свойствами перекачиваемой жидкости (p; v), загрузкой нефтепровода (Hmax), режимом работы насоса и трубопровода.

Для магистральных нефтепроводов, независимо от расположения линии мощности насоса относительно оптимальной кривой работы привода, режимам большей загрузки трубопровода будет соответствовать меньший удельный расход топлива.

14.2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ГАЗОТУРБИННЫЙ ПРИВОД -НАСОСНАЯ СТАНЦИЯ - НЕФПРОВОД

Применение газотурбинного привода насосов позволяет осуществлять регулирование режима перекачки путем изменения частоты вращения ротора насоса и вносит дополнительный параметр в управление нефтепроводом. В этой связи управление нефтепроводом немыслимо без широкого внедрения АСУ, требующих наличия разработанных алгоритмов, которые должны базироваться на принципах математического моделирования и идентификации системы нефтепровод - насос -газотурбинный привод, как единого энергетического комплекса.

С этой целью составим математическую модель ( рис. 1 4.3), которая при определенных факторах входной информации будет представлять соответствующий уровень системы. Использование модели при решении различных задач позволит принятию наиболее эффективных технических решений и оперативно воздействовать на режимы совместной работы нефтепровода, насоса и газотурбинного привода.

Модель позволяет выполнить исследование режимов совместной работы нефтепровода, насоса и привода, осуществить рациональный подбор типоразмеров оборудования и определить взаимосвязанные конструктивные параметры установки и трубопровода. Такая модель будет основой решения всевозможных технологических задач проектирования и эксплуатации объекта с целью оптимизации его работы. В зависимости от поставленного вопроса ход решения и программа его реализации будут видоизменяться, а граничные условия должны отра-