30.06.2013 Инженерная практика №06,07/2013

Как правило, при расчете эффективности применения ЧРП используется так называемая формула подобия:

где Q, H, N, n — это подача, напор, потребляемая мощ-ность и частота; индексом ЧРП обозначен параметр при использовании ЧРП, н — номинальный параметр. На основании этой зависимости выводится и формула преобразования:

Однако данная формула — теоретическая и для оценки эффективности применения ЧРП в системе ППД она не подходит: во-первых, существуют определенные зависимости рабочих характеристик электродвигателя от частоты вращения и нагрузки; а во-вторых, насосный агрегат (НА) не работает как механизм с вен-тиляторной нагрузкой и, следовательно, при его регу-лировании рабочие режимы также будут меняться.

Таким образом, универсального подхода к расчету эффективности внедрения ЧРП на сегодняшний день нет, поскольку для этого необходимо учитывать все влияющие факторы, включая характеристики всех применяемых в системе ППД насосных установок и режимы их работы.

Для объемных насосов эти зависимости выражены не так ярко в виду особенностей их напорных характеристик. В данном случае существует вполне очевидная зависимость КПД насосного агрегата с ЧРП от частоты вращения двигателя (рис. 1).

ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЧАСТОТЫ НА РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАСОСОВ

В настоящее время насосные парки систем ППД нефтяных компаний почти на 95% состоят из насосов динамического действия типа ЦНС с разными НРХ, оснащенных высоковольтными или низковольтными двигателями.

На рис. 2 представлены паспортная НРХ насосного агрегата ЦНС-63-1400 и ее изменение в процессе эксплуатации. Текущая наработка данного насоса составляет 4000 маш-ч, плотность перекачиваемой жидкости — 1060 кг/м3. Видно, что напор насоса выше, а КПД, напротив, ниже значения, указанного в паспортных данных, и при этом проявляет устойчивую тенденцию к снижению с течением времени. Здесь же напомним, что само значение КПД насосного агрегата с ЧРП складывается из нескольких составляющих: КПД насоса, муфты, электродвигателя и ЧРП.

Нередко производители умалчивают о зависимости реального КПД от нагрузки насоса и частоты вращения двигателя, а также КПД ЧРП. Эти зависимости могут составлять 2-5%. В то же время по некоторым данным применение ЧРП позволяет повысить КПД двигателя на незагруженных режимах, однако нам пока не удалось найти статистически достоверных исследований в этой области. Также необходимы исследования влияния изменения частоты на надежность работы агрегата и изменение других эксплуатационных характеристик.

Пока же известно, что при дросселировании КПД насоса может измениться на 5% как в сторону увеличения, так и в сторону снижения. Так, например, если взять за номинальный режим производительность насоса, равную 63 м³/ч, то 5%-ное изменение КПД в ту или иную сторону приведет к изменению напора на 17,5-25%. Длительная работа насоса за пределами рабочей зоны может свидетельствовать о неправильно подобранном насосом агрегате. При этом регулирование частоты в пределах рабочей зоны не приведет к исчезновению эффекта, а высокая стоимость ЧРП, сопоставимая со стоимостью самого агрегата, может не окупиться.

Применение ЧРП порой необходимо для решения вопросов, связанных с возможностью управления закачками и регулированием потоков, а также снижения энергопотребления. В качестве примера можно привести систему МСП «Татнефти», где количество нагнетательных скважин, подключенных к скважинамдонорам, составляет от единиц до десятка (рис. 3, 4). Впрочем, и в данном случае отсутствие ЧРП не приводит к катастрофическим изменениям в режимах работы насосов. Вместе с тем по оценке специалистов Инженерного центра установка ЧРП на насосах (КНС или МСП) без учета превалирующих режимов закачки и особенностей выбранных объектов ППД малоэффективна.

На рис. 5 показано изменение характеристик аппарата ЭЦН5-200 (производства завода «Алнас») в зависимости от изменения частоты. Видна нелинейная зависимость рабочей области и потребляемой мощности. В результате при снижении частоты происходит падение КПД оборудования, как правило, не учитываемое при оценке эффективности работы оборудования с ЧРП.

На рис. 6 представлен возможный способ подключения ЧРП. Показаны две схемы подключения — высоковольтная (6 кВ) и низковольтная (380 В). Это то, чем мы в настоящий момент занимаемся. Алгоритм еще не проработан. В любом случае с учетом всех факторов вопрос применения ЧРП на том или ином объекте превращается в многовариантную задачу, решить которую будет очень сложно. Пока же должен сказать, что опыт использования ЧРП в «Татнефти» не столь велик, чтобы делать окончательные выводы об областях эффективного применения данного оборудования.

ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ВЫВОДЫ

И все же некоторые итоги можно подвести уже сейчас. Так, фактическая экономия энергии при использовании ЧРП в системе ППД существенно ниже рекламируемых производителями показателей и зависит от целого ряда факторов. Примеры значительного снижения энергопотребления после внедрения ЧРП, в свою очередь, свидетельствуют о том, что внедрению ЧРП не предшествовало проведение энергосберегающих мероприятий. Более того, известны факты снижения энергоэффективности производственных систем в результате внедрения регулируемого электропривода.

В целом же при высокой стоимости ЧРП его внедрение может даже оказаться убыточным по сравнению с ремонтом изношенного оборудования.

И последнее: тенденция расширения областей применения ЧРП, основанная на его очевидных достоинствах, уже стала необратимой. Возможно, в перспективе ЧРП станет штатной принадлежностью приводных агрегатов (как минимум низковольтных) вне зависимости от потенциальных возможностей применения, однако в настоящее время необходим комплексный подход к решению вопроса об эффективности применения ЧРП на том или ином объекте ППД.