Магистерский диплом (ВКР) на тему Выбор энергосберегающих режимов перекачки высоковязкой нефти центробежными насосами с регулируемым приводом.

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ. 6

1
Аналитический обзор по теме исследования. 8

1.1 Анализ особенностей транспортировки высоковязой
нефти. 8

1.1.1 Месторождения высоковязкой нефти России. 8

1.1.2 Особенности транспортировки высоковязких
нефтяных дисперсных систем  17

1.2 Сведения о магистральном
нефтепроводе. 20

1.3 Физические свойства нефти до и
после физических воздействий для улучшение реологических свойств и повышение
эффективности транспорта перекачиваемой нефти. 21

1.4 Характеристика
насосных агрегатов для перекачки товарной нефти. 22

1.5 Недостатки
существующих электроприводов системы перекачки нефти. 23

1.6 Способы
регулирования режима работы центробежных насосов. 24

1.6.1 Количественное регулирование. 24

1.6.2 Качественное регулирование. 32

1.7 Частотное регулирование режима работы
центробежных насосов для перекачки нефти. 33

1.8 Цели и задачи исследования. 37

2
Математическое и методическое обеспечение исследования. 38

2.1 Гидромеханические
факторы системы, определяющие мощность центробежных насосов, затраченную на
перекачку нефти. 38

2.2 Управление магистральным насосным
агрегатом изменением частоты вращения рабочего колеса при максимальном КПД
центробежного насоса. 44

2.3 Математическая модель режима
работы нефтеперекачивающей станции в системе магистрального нефтепровода с
учетом регулирования частоты вращения центробежного насоса. 51

2.3.1 Сравнительный анализ способов
управления режимами НПС с электроприводом переменного тока. 51

2.3.2 Методика
минимизации потерь в НПС с электроприводом переменного тока  56

2.3.3 Повышения энергоэффективности
НПС за счет технологии выбора рациональных режимов управления НПС с
электроприводом переменного тока  58

2.4 Методика численного исследования, направленного на
минимизацию потерь в нефтеперекачивающей
станции с электроприводом переменного
тока. 60

3
Численное исследование путем моделирования в программном комплексе MATLAB выбора рациональных режимов управления нефтеперекачивающей станцией с электроприводом переменного тока. 62

3.1 Исходные данные для моделирования. 62

3.2 Анализ показателей неуправляемого электропривода
насосных агрегатов нефтеперекачивающей
станции. 63

3.3 Моделирование частотного управления
производительностью насосных агрегатов нефтеперекачивающей станции. 68

3.4 Интерпретация результатов моделирования нефтеперекачивающей станции с электроприводом переменного тока с точки зрения
повышения их энергоэффективности. 83

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 87

СПИСОК
ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ. 88

ПРИЛОЖЕНИЯ. 91

Введение:

Значительная
заинтересованность в настоящее время в РФ связана с проблемами энергосбережения,
в частности — повышением энергоэффективности.

Положения державной энергетической
политики отражены в ФЗ № 261 «Об энергосбережении …» от 23.11.2009 г., и в документе
под названием «Энергетической стратегии РФ до 2030 года» (в дальнейшем –
«Стратегия»).

Цель энергетической
политики, в соответствии со Стратегией, в вопросах повышения энергетической
эффективности различных отраслей – оптимальное в широком понимании
использование различных энергетических ресурсов.

Насосные
агрегаты системы перекачки товарной нефти представляют собой одни из определяющих
общее энергопотребления элементов рассматриваемой нефтедобывающей
инфраструктуры.

При этом
количественными и качественными показателями этих агрегатов определяются основные
характеристики всей системе перекачки, что определяет, в свою очередь,
актуальность вопросов их автоматизации для достижения максимально приемлемой энергоэффективности.

Это особо значимо
вследствие того, что в системе транспорта нефти составляющая выплат за
электроэнергию на уровне порядка 30% общих эксплуатационных расходов [11].

Вследствие этого снижение
энергетических затрат при магистральном (в частности) транспорте нефти выступает
безусловно задачей актуальной.

Цель работы – обоснованный объективный
выбор энергосберегающих режимов перекачки высоковязкой нефти центробежными
насосами за счет применения регулируемого привода.

Задачи работы.

1. Аналитический обзор по теме
исследования.

2. Математическое и методическое
обеспечение исследования.

3. Численное исследование путем
моделирования в программных комплексах MATLAB и Mathcad выбора рациональных
режимов управления нефтеперекачивающей станцией с электроприводом переменного
тока.

Заключение:

1 Аналитический обзор по теме исследования 1.1 Анализ особенностей транспортировки высоковязой
нефти 1.1.1 Месторождения высоковязкой нефти России Для трудноизвлекаемых
запасов нефти [4] характерны низкие дебиты скважин, неблагоприятные условия
залегания или аномальные физико-химические показатели. К трудноизвлекаемым
запасам в основном относится тяжёлая и высоковязкая нефть.

Тяжёлой
нефтью по наиболее распространённой в мире классификации [5] считается флюид
плотностью 920,0-1000,0 кг/м3 и вязкостью динамической 10,0-100,0
мПа×с, сверхтяжёлой — флюид плотностью более 1000,0 кг/м3
и вязкостью 100,0-10000,0 мПа×с.

К
природным неискусственным битумам относятся полутвёрдые или плохд текучие смеси
плотностью свыше 1000,0 кг/м3 и динамической вязкостью более 10000
мПа×с.

Многие
специалисты сверхтяжёлые и тяжёлые нефти объединяют в понятие — высоковязкие
либо тяжёлые нефти [5].

В таблице
1.1, приведенной в приложении, представлена информация из базы Сибирского
отделения РАН, включающая 22180 разновидностей нефти [6].

К тяжёлой
нефти в данной базе отнесена нефть плотностью свыше 920 кг/м3, к
вязкой нефти – данный флюид вязкостью свыше 2168 мм2/с, измеренной
при 20 °С, к сернистой нефти — флюид с содержанием серы свыше 4%, к
парафинистой нефти — флюид при содержании парафинов свыше 12%, и к смолистой
нефти — с содержанием более 21%.

Таким
образом большинство запасов рассматриваемой нефти, относящихся к тяжёлой,
вязкой и сернистой нефти, имеют высокую плотность, большую вязкость, среднее
количество серы (1,92-4,16 %), малое содержание парафинов (<6 %), большое
содержание смол и асфальтенов.

Усинское месторождение находится в Республике Коми.
Ближайший, расположенный в тридцати пяти километрах севернее месторождения, населённый
пункт – город Усинск (рисунок 1.1).

Территория Усинского месторождения в географическом
отношении занимает частично Печорскую низменность и входит в бассейн p. Колва,
притока p. Усы.

Месторождение относится к широкой зоне
газонефтенакопления, где находятся такие месторождения нефти как Рогозинское,
Баганское, Баяндыское, Возейское, Хатаяхское [6].

Центром
добывающего района выступает г. Усинск. Вдоль месторождения проложен МН Уса —
Ухта, имеется железная дорога Сыня — Усинск.

Транспортировка
также может осуществляться автотранспортом, авиационным, а в период навигации –
также речным транспортом.

Энергоснабжение
осуществляется по территориям земель Усинского месторождения от ГРЭС.

Извлекаемые
ископаемые:

— газ;

— нефть;

— строительный
песок;

— строительная
глина;

— древесина.

Территория
полностью покрыта такой растительностью, как:

— сосна;

— ель;

— береза.

Часть площади
месторождения занимают плохо проходимые болота. Абсолютные отметки местности
лежат в пределах +50,0 — + 140,0 метров со снижением к р. Колва.

Климат
континентальный.

Температура
от минус двадцати до минус пятидесяти пяти градусов зимой и до плюс тридцати
пяти градусов летом.

Годовых осадков
порядка четырехсот пятидесяти миллиметров.

Снежный
покров — октябрь-ноябрь, до мая-июня [10].

Фрагмент текста работы:

1 Аналитический обзор по теме исследования 1.1 Анализ особенностей транспортировки высоковязой
нефти 1.1.1 Месторождения высоковязкой нефти России Для трудноизвлекаемых
запасов нефти [4] характерны низкие дебиты скважин, неблагоприятные условия
залегания или аномальные физико-химические показатели. К трудноизвлекаемым
запасам в основном относится тяжёлая и высоковязкая нефть.

Тяжёлой
нефтью по наиболее распространённой в мире классификации [5] считается флюид
плотностью 920,0-1000,0 кг/м3 и вязкостью динамической 10,0-100,0
мПа×с, сверхтяжёлой — флюид плотностью более 1000,0 кг/м3
и вязкостью 100,0-10000,0 мПа×с.

К
природным неискусственным битумам относятся полутвёрдые или плохд текучие смеси
плотностью свыше 1000,0 кг/м3 и динамической вязкостью более 10000
мПа×с.

Многие
специалисты сверхтяжёлые и тяжёлые нефти объединяют в понятие — высоковязкие
либо тяжёлые нефти [5].

В таблице
1.1, приведенной в приложении, представлена информация из базы Сибирского
отделения РАН, включающая 22180 разновидностей нефти [6].

К тяжёлой
нефти в данной базе отнесена нефть плотностью свыше 920 кг/м3, к
вязкой нефти – данный флюид вязкостью свыше 2168 мм2/с, измеренной
при 20 °С, к сернистой нефти — флюид с содержанием серы свыше 4%, к
парафинистой нефти — флюид при содержании парафинов свыше 12%, и к смолистой
нефти — с содержанием более 21%.

Таким
образом большинство запасов рассматриваемой нефти, относящихся к тяжёлой,
вязкой и сернистой нефти, имеют высокую плотность, большую вязкость, среднее
количество серы (1,92-4,16 %), малое содержание парафинов (<6 %), большое
содержание смол и асфальтенов.

Усинское месторождение находится в Республике Коми.
Ближайший, расположенный в тридцати пяти километрах севернее месторождения, населённый
пункт – город Усинск (рисунок 1.1).

Территория Усинского месторождения в географическом
отношении занимает частично Печорскую низменность и входит в бассейн p. Колва,
притока p. Усы.

Месторождение относится к широкой зоне
газонефтенакопления, где находятся такие месторождения нефти как Рогозинское,
Баганское, Баяндыское, Возейское, Хатаяхское [6].

Центром
добывающего района выступает г. Усинск. Вдоль месторождения проложен МН Уса —
Ухта, имеется железная дорога Сыня — Усинск.

Транспортировка
также может осуществляться автотранспортом, авиационным, а в период навигации –
также речным транспортом.

Энергоснабжение
осуществляется по территориям земель Усинского месторождения от ГРЭС.

Извлекаемые
ископаемые:

— газ;

— нефть;

— строительный
песок;

— строительная
глина;

— древесина.

Территория
полностью покрыта такой растительностью, как:

— сосна;

— ель;

— береза.

Часть площади
месторождения занимают плохо проходимые болота. Абсолютные отметки местности
лежат в пределах +50,0 — + 140,0 метров со снижением к р. Колва.

Климат
континентальный.

Температура
от минус двадцати до минус пятидесяти пяти градусов зимой и до плюс тридцати
пяти градусов летом.

Годовых осадков
порядка четырехсот пятидесяти миллиметров.

Снежный
покров — октябрь-ноябрь, до мая-июня [10].