Скачать

Электроснабжение и релейная защита нефтеперекачивающей станции

Уровень развития энергетики и электрификации, как известно, в наиболее обобщенном виде отражает технико-экономический потенциал любой страны(2).

Электрификация играет ведущую роль в развитии всех отраслей народного хозяйства России, является стержнем строительства экономики нашего общества.

Развитие многих отраслей промышленности, в том числе нефтяной и газовой, базируется на современных технологиях, широко использующих электрическую энергию. В связи с этим возросли требования к надежности электроснабжения, к качеству электрической энергии, к ее экономному и рациональному расходованию.

Успех работы энергетиков во многом будет определяться повышением культуры проектирования и эксплуатации, ростом знаний теории и передовой практики.

При проектировании и эксплуатации электрических установок, электрических станций, подстанций и систем требуется предварительно произвести ряд расчетов, направленных на решение многих технических вопросов и задач, таких как:

а) сопоставление, оценка и выбор схемы электрических соединений станций и подстанций;

б) выявление условий работы потребителей при аварийных режимах;

в) выбор аппаратов и проводников, их проверка по условиям работы при коротких замыканиях;

г) проектирование и настройка устройств релейной защиты и автоматики;

д) ряд других задач.

I ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕКАЧКИ НЕФТИ

1.1. Технология перекачки нефти

Основными экономическими факторами эффективного использования трубопроводного транспорта являются широкая сеть трубопроводов; высокие темпы строительства и быстрый ввод нефтепроводов в эксплуатацию; сравнительно низкие эксплуатационные расходы при перекачке; возможность полной автоматизации и телемеханизации нефтепроводов. Указанные факторы позволяют быстро окупать большие капитальные вложения в строительство, разработку новых материалов, новую технику и технологию, автоматизацию и телемеханизацию трубопроводов в широких масштабах. Этим также объясняется все увеличивающийся удельный вес трубопроводов в транспортировке нефти по сравнению с другими видами транспорта. Практика показывает, что использование трубопроводов для перекачки нефти по сравнению с железнодорожными перевозками дает ежегодную экономию эксплуатационных расходов, исчисляемую миллионами рублей.

К магистральным нефтепроводам принято относить трубопроводы, по которым нефть перекачивается от головной нефтеперекачивающей станции до нефтеперерабатывающих заводов и железнодорожных, морских и речных перевалочных нефтебаз.

В отдельных точках трассы нефтепроводов могут быть ответвления, по которым часть перекачиваемой нефти поступает на близлежащие нефтеперерабатывающие заводы и к другим потребителям.

Распространение получили нефтепроводы диаметром 530-1220 мм.

К основным технологическим элементам, составляющим комплекс магистрального нефтепровода, относятся линейная часть, т.е. собственно трубопровод с отводами, линейными задвижками, переходами через естественные и искусственные препятствия и другими сооружениями; нефтеперекачивающие станции с подводящими высоковольтными линиями электропередачи; нефтебазы и наливные пункты, предназначенные для перевалки нефти на другие виды транспорта; линии связи, обеспечивающие как различные виды связи по нефтепроводу, так и телеуправление его объектами.

1.2. Нефтеперекачивающие станции

Нефтеперекачивающая станция (НПС) представляет собой комплекс сооружений и устройств для приема, и перекачки нефти по магистральному нефтепроводу.

Основной схемой технологического процесса перекачки нефти НПС является перекачка по схеме работы станции с "подключенными резервуарами". Нефть по подводящим нефтепроводам поступает на НПС через приемную задвижку № 1, и направляется на фильтры-грязеуловители. Затем нефть, очищенная от механических примесей, парафино - смолистых отложений, посторонних предметов, поступает в технологические резервуары (РВС) № 1, 2, а также на вход подпорной насосной. Для защиты технологических трубопроводов и арматуры резервуарного парка от превышения давления на НПС установлены предохранительные клапаны 1^й группы. Сброс нефти от предохранительных клапанов предусмотрен в технологические резервуары РВС № 1, 2. Для подачи нефти от резервуаров РВС № 1, 2 к основным насосам предусмотрена подпорная нефтенасосная станция, которая предназначена для подачи нефти на вход магистральных насосов, так как при откачке из резервуаров магистральные насосы не в состоянии вести откачку нефти без предварительного создания давления нефти на их входе. Из резервуаров нефть откачивается подпорным насосным агрегатом НПВ № 1,2,3,4 и через задвижку № 42 подается на прием магистральной насосной. Предохранительные клапаны 2^й группы и предназначены для защиты от повышения давления технологических трубопроводов и арматуры между подпорной и магистральной насосной. На участке трубопровода от магистральной насосной до магистрального нефтепровода установлен узел регулирования давления – заслонки № 1, 2 для поддержания заданных величин давления. После узла регуляторов давления нефть через выкидную задвижку НПС № 59 подается в магистральный нефтепровод.

В состав НПС входят:

Ø резервуарный парк;

Ø подпорная насосная;

Ø насосная станция с магистральными насосными агрегатами;

Ø фильтры-грязеуловители;

Ø узел регулирования давления;

Ø узлы с предохранительными устройствами;

Ø технологические трубопроводы;

Ø системы водоснабжения, теплоснабжения, вентиляции, канализации, пожаротушения, водотушения, электроснабжения, автоматики, телемеханики, АСУ, связи, производственно–бытовые здания и сооружения.

Для привода магистральных насосов на насосных станциях применяют преимущественно синхронные электродвигатели взрывозащищенного исполнения типа СТДП, для привода подпорных насосов применяют асинхронные электродвигатели типа ВАОВ (1).

Нефть относится к взрывоопасным жидкостям с температурой вспышки около -20 С⁰. В соответствии с таблицей 7.3.3.(2) категория смеси паров нефти и воздуха - IIA, группа смеси - Т3.

1.3. Линейная часть нефтепровода

Линейная часть нефтепровода – наиболее дорогая и ответственная часть магистрального нефтепровода. Капитальные затраты на нее в ряде случаев достигают 80% от общей стоимости трубопровода. Аварии на линейной части – разрывы труб, и утечки из трубопровода – вызывают остановку трубопровода и наносят большой ущерб народному хозяйству. При проектировании и эксплуатации линейной части нефтепровода учитываются максимально возможные давления, возникающие на каждом участке нефтепровода. Давление на каждом участке трубопровода зависит как от режима перекачки, так и от профиля местности. Наибольшее давление обычно бывает на выходе из НПС, а также в наиболее низких местах трассы, в частности, в горных районах после перевальных точек. При построении расчетной эпюры давлений в магистральном нефтепроводе, станции которого работают “из насоса в насос”, учитываются давления, возникающие как при работе всех станций, так и при работе только одной головной станции.

 На линейной части нефтепроводов устанавливаются технологическое оборудование и приборы, которые должны быть автоматизированы при дистанционном управлении трубопроводом. Через 15-20 км по трассе и в наиболее ответственных точках нефтепровода, таких, например, как речные переходы, устанавливаются линейные задвижки с электрическим или гидравлическим приводом.

С их помощью нефтепровод делится на отдельные секции, которые могут быть отключены для предотвращения больших потерь нефти при авариях линейной части.

В настоящее время в связи с повышением требований по защите окружающей среды проблеме контроля за состоянием нефтепроводов и их надежности уделяется особое внимание. Для контроля параметров перекачки и состояния трубопровода необходимы сведения о давлении и температуре (для “горячего” нефтепровода) в наиболее ответственных точках трассы. Поскольку трубопровод защищается от коррозии катодными и дренажными станциями, требуется также информация об их параметрах. Контроль технологических параметров трассового оборудования осуществляется из диспетчерского пункта по системе телемеханики.

1.4 Основное электрооборудование НПС

Основным оборудованием нефтеперекачивающих станций являются насосы (основные и подпорные) и их приводы.

К основным насосам, перекачивающим нефть по магистральным нефтепроводам, предъявляются следующие требования: экономичность, надежность и долговременность непрерывной работы; простота конструкции; компактность. Поскольку этим требованиям наилучшим образом отвечают центробежные насосы, они и получили преимущественное распространение на магистральных нефтепроводах. Поршневые насосы для транспортировки нефти по магистральному трубопроводу применяются весьма ограниченно, в основном для перекачки высоковязких жидкостей. Магистральные центробежные насосы серии НМ, используемые в настоящее время, имеют частоту вращения 3000 об/мин. Определяется это тем, что с увеличением частоты вращения возрастают скорости входа жидкости в насос, в результате чего может наступить кавитация. Обычно в каждой насосной нефтепровода устанавливают четыре центробежных насоса, соединенных последовательно и создающих давление до нескольких МПа. Насосы НМ имеют монотонно падающую напорную характеристику, позволяющую иметь устойчивую работу в достаточно широком диапазоне расходов. Однако пределы регулирования, обеспечивающие экономичный режим работы, при последовательном соединении насосов невелики.

Для нормальных условий эксплуатации основные центробежные насосы обеспечиваются подпором. В качестве подпорных насосов применяют насосы серий НМП, НДвН, НДсН и НПВ. Чтобы создать хорошую всасывающую способность, подпорные насосы эксплуатируют при сравнительно низкой частоте вращения вала (730-1450 об/мин), они имеют одно рабочее колесо с двухсторонним подводом жидкости. Приводом подпорных насосов являются низковольтные и высоковольтные электродвигатели. Наиболее совершенной конструкцией подпорных насосов являются насосы вертикального типа (серии НВП). Основное их достоинство заключается в том, что отпадает необходимость в строительстве традиционной подпорной насосной, как правило, заглубленной по отношению к отметке земли. Насосы этого типа можно устанавливать непосредственно в резервуарном парке, что значительно сокращает потери на трение во всасывающих трубопроводах.

В качестве привода к основным насосам используются асинхронные и синхронные электродвигатели высокого напряжения. Из асинхронных часто применяют электродвигатели с короткозамкнутым ротором серии АТД. Двигатели серии АТД монтируют в одном здании с насосами, поскольку они во взрывобезопасном исполнении, в корпусе двигателя поддерживается небольшое избыточное давление воздуха, что исключает возможность попадания в него паров нефти, а следовательно, загорания или взрыва двигателя. Однако при использовании двигателей серии АТД мощностью от 2,5 до 8 МВт требуется установка в стационарных помещениях дорогостоящих статических конденсаторов большой мощности, которые из-за значительных колебаний нагрузки станций и температуры окружающей среды часто выходят из строя. Кроме того, для надежной работы станции в закрытом распределительном устройстве 6-10 кВ необходимо устанавливать высоковольтное электрооборудование, что усложняет схему электроснабжения и эксплуатацию станции, а также требует дополнительных затрат. Для привода магистральных насосов нашли широкое применение синхронные двигатели серии СТД. Синхронные двигатели более надежны, чем асинхронные, обладают лучшими показателями по устойчивости, что особенно важно при снижении напряжения в сети. Использование синхронных электродвигателей позволяет использовать их в качестве компенсирующего устройства реактивной мощности, что упрощает систему электроснабжения НПС, т.к. в этом случае отпадает необходимость в установке батарей статических конденсаторов, дополнительных ячеек распределительного устройства и кабелей. Синхронные электродвигатели дороже, чем аналогичные асинхронные, однако, лучшие энергетические характеристики синхронных двигателей делают их применение эффективным.

В табл. 1.1 и табл. 1.2, приведены технические данные насосов, установленных на НПС:

Таблица 1.1

Технические данные магистрального насоса НМ 3600-230

Таблица 1.2

Технические данные магистрального насоса НПВ 2500-80

В табл. 1.3 приведены электродвигатели, находящиеся на НПС:

Таблица 1.3