Инженерная практика
Российский нефтегазовый журнал о технологиях и оборудовании
+7 (903) 580-85-63 +7 (495) 371-01-74 info@glavteh.ru
Telegram

Сложные вопросы «простого» ЧРП

Частотно-регулируемый привод обладает множеством достоинств и в ряде случаев его применение становится единственным возможным способом решения специфических технологических задач в области ППД. Сомнение вызывают лишь ЧРП, разработанные без учета конструктивных особенностей насосных агрегатов, их рабочих характеристик и условий эксплуатации, влияющих как на коэффициент полезного действия самих насосов, так и на энергоэффективность систем ППД в целом.

Существуют разные способы управления производительностью насосов, например, последовательное и параллельное включение агрегатов меньшей мощности, работа через выходные емкости и т.д. На их фоне ЧРП в последние годы получил по-настоящему широкое применение. Вместе с тем оценки эффективности внедрения ЧРП пока не столь однозначны, в частности, известны как удачные, так и неудачные примеры его использования для перекачки газо-жидкостных смесей многофазными насосами, закачки воды в системе ППД и др.

30.06.2013 Инженерная практика №06,07/2013
Фаттахов Рустем Бариевич Заведующий лабораторией систем промысловых коммуникаций ППД ТатНИПИнефть, доцент, к.т.н.
Абрамов Михаил Алексеевич Начальник службы по поддержанию пластового давления ПАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина
Гилязов Вадим Мунирович Начальник ПО ППД НГДУ «Елховнефть» ПАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина

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

проведение грп

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:

проведение грп

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.

Рис. 1. Зависимость КПД объемного насоса от давления и частоты вращения
Рис. 1. Зависимость КПД объемного насоса от давления и частоты вращения

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.

Рис. 2. Паспортные напорно-энергетические зависимости насосного агрегата ЦНС-63-1400 и их изменение в процессе эксплуатацииРис. 2. Паспортные напорно-энергетические зависимости насосного агрегата ЦНС-63-1400 и их изменение в процессе эксплуатации
Рис. 2. Паспортные напорно-энергетические зависимости насосного агрегата ЦНС-63-1400 и их изменение в процессе эксплуатации

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.

Рис. 3. Основная схема системы ППД ОАО «Татнефть»
Рис. 3. Основная схема системы ППД ОАО «Татнефть»
Рис. 4. Распределение количества подключенных нагнетательных скважин к скважинам-донорам в системе МСП
Рис. 4. Распределение количества подключенных нагнетательных скважин к скважинам-донорам в системе МСП
Рис. 5. Характеристики насоса ЭЦН5-200 («АЛНАС») в зависимости от частоты
Рис. 5. Характеристики насоса ЭЦН5-200 («АЛНАС») в зависимости от частоты

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.

Рис. 6. Варианты подключения ЧРП к насосу
Рис. 6. Варианты подключения ЧРП к насосу

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.

Показать выдержки из обсуждения

ВЫДЕРЖКИ ИЗ ОБСУЖДЕНИЯ

Вопрос: Рустем Бариевич, Вы можете дать какие-то рекомендации по подбору мощности двигателей? Вот Вы говорите, к примеру, что при использовании ЧРП теряется до 20% мощности.
Рустем Бариевич: Нет. Я сказал, что ЧРП приводит к снижению КПД насосных агрегатов — до 5%.
Вопрос: То есть соответствующие потери идут на нагрев двигателя? Вы сталкивались с этим?
Р.Б.: Нет, мы с этим не сталкивались. Сейчас мы только начали изучать возможность использования ЧРП на определенных участках. Пока что мы используем несколько ЧРП в системе МСП предприятия, на КНС с ЦНС, а также на новых плунжерных насосах — пытаемся определить эффект от внедрения.
Комментарии

Эту публикацию еще никто не прокомментировал. Станьте первым, поделитесь своим мнением.

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
Внедрение энергоэффективного насосного оборудования объемного действия для поддержания пластового давления
Эксплуатация оборудования системы ППД на месторождениях ТПП «ЛУКОЙЛ-Севернефтегаз»
Свежий выпуск
Инженерная практика №11-12/2023

Инженерная практика

Выпуск №11-12/2023

Повышение эффективности мехфонда. Работа с осложненным фондом скважин. Методы борьбы с коррозией
Методы интенсификации добычи ВВН и СВН Автоматизация мониторинга ОФОборудование для эксплуатации БС и СМД Комплексный подход к защите ВСО от коррозииИмпортозамещение в сфере ЛКМ
Ближайшее совещание
Поддержание пластового давления, Разработка месторождений
Цифра – 2024
Производсвенно - техническое Совещание

ЦИФРА ‘2024. Цифровые технологии для решения задач разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений. Опыт и практика.

с 20 по 21 ноября 2024 года, г. Казань
ООО «Инженерная практика» приглашает Вас и Ваших коллег принять участие в отраслевой технической Конференции «ЦИФРА ‘2024. Цифровые технологии для решения задач разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений. Опыт и практика». Мероприятие будет проходить в очном формате в зале гостиницы «Мираж» города Казань. Важно! Назначены новые даты проведения совещания в период с 20 по 21 ноября 2024 года в рамках конференции "Осложненный фонд 2024".
Ближайший тренинг
Механизированная добыча, Трубопроводный транспорт
Защитные покрытия для нефгаздобычи ‘2024
Тренинг-курс (программа "Наставник")

Защитные антикоррозионные покрытия '2024. Эффективные методы применения защитных покрытий в нефтедобыче.

15-17 октября 2024 г., г. Самара
Цель тренинга – ознакомление с основами материаловедения, видами покрытий, типами пленкообразующих, а также формирования профессиональных знаний в области применимости различных видов покрытий для защиты нефтепроводных и насосно-компрессорных труб. Практическая часть семинара проводится на базе аккредитованной исследовательской лаборатории, оснащенной самым современным оборудованием. При прохождение практической части занятия проводятся непосредственно на промысловых трубах и НКТ, отобранных на месторождениях. Авторский курс читают Эксперты Научно-производственного центра «Самара» (основное направление деятельности - работы, связанные с исследованиями в области защиты от коррозии элементов ТЭК (скважинное оборудование, линейные трубопроводы, емкостной парк и т.д.).