Разработка регулируемого электропривода погружного насосного агрегата для откачки попутного нефтяного газа
Разработана имитационная модель электропривода, построенная на основе структурной схемы эквивалентного двухфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором в неподвижной системе координат.
Приведены технико-экономическое обоснование, принципиальная схема, расчет мощности двигателя и выбор его по каталогу, построение естественных и искусственных механических характеристик двигателя, семейство механических характеристик системы преобразователь частоты – асинхронный двигатель. Предложены методы оптимальной настройки системы скалярного управления, которые позволяют значительно повысить энергетическую эффективность электропривода.
Введение ……………………………………………………………………………………………………. 8
1 Технология откачки пнг ………………………………………………………………….. 10
1.1 Обзор электропривода насосного агрегата в применяемой технологи. …. 12
1.2 Установка электроцентробежного насоса ……………………………………………. 13
1.3 Разработка кинематической схемы электропривода уэцн …………………….. 15
2 Расчет и выбор основного силового оборудования регулируемого
электропривода ………………………………………………………………………………….. 21
2.1 Расчет и выбор эцн ……………………………………………………………………………… 21
2.2 Расчет и выбор погружного электродвигателя …………………………………….. 22
2.3 Расчет и выбор типа сечения кабеля ……………………………………………………. 23
2.4 Расчет и выбор станции управления ……………………………………………………. 24
2.5 Расчет аппаратов защиты ……………………………………………………………………. 27
2.6 Принципиальная электрическая схема управления пэд………………………… 27
3 Расчет статических и динамических характеристик для разомкнутой
системы электропривода ……………………………………………………………………. 30
3.1. Расчет естественных электромеханической и механической
характеристик электропривода …………………………………………………………………. 30
3.2 Расчет механической характеристики производственного механизма ….. 35
3.3 Расчет искусственных характеристик системы «преобразователь-
двигатель» ………………………………………………………………………………………………. 37
3.3.1 Расчет и построение искусственных характеристик системы
преобразователь-двигатель с ir-компенсацией …………………………………….. 40
4 Моделирование частотно-регулируемого асинхронного электропривода
со скалярным управлением в имитационной среде matlabsimulink ………. 44
4.1 Имитационная модель силового канала электропривода ……………………… 44
4.2 Настройка модуля компенсации скольжения ………………………………………. 52
4.3 Настройка модуля ir-компенсации ………………………………………………………. 55
4.4 Ограничение тока электродвигателя ……………………………………………………. 57
4.5 Сравнение энергетических показателей частотно-регулируемого
электропривода ………………………………………………………………………………………… 59
5. Финансовый менеджмент, ресурсоэфективность и ресурсосбережение 65
5.1 Планирование научно-исследовательских работ………………………………….. 69
5.2 Определение трудоемкости выполнения работ ……………………………………. 70
5.4.1 Затраты на специальное программное среду для научных работ ….. 77
5.4.2 Полная заработная плата исполнителей темы ……………………………… 77
5.4.3 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) ……. 79
5.4.4 Накладные расходы ……………………………………………………………………. 81
5.4.5 Формирование сметы технического проекта ……………………………….. 80
6. Оценка конкурентоспособности и ресурсоэффективности проекта…. 81
7. Социальная ответственность…………………………………………………………… 86
7.1 Производственная безопасность………………………………………………………….. 87
7.2 Электроопасность……………………………………………………………………………….. 99
7.3 Экологическая безопасность ……………………………………………………………… 102
7.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………… 103
7.5Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …….. 106
Приложение 1 …………………………………………………………………………………… 109
Приложение2 ……………………………………………………………………………………. 110
Список использованных источников …………………………………………………. 130
Попутный нефтяной газ (ПНГ) –смесь различных газообразных
углеводородов, растворенных в нефти которые выделяются в процессе
добычи и перегонки [1]. Технология откачки ПНГ, на сегодняшний день,
является весьма актуальной задачей, способствующей решению проблемы
утилизации ПНГ, помимо этого она позволяет понизить давление в
затрубном пространстве скважины, тем самым повышая приток
скважинной продукции [2].
Электропривод – это электромеханическая система, состоящая
из преобразователей электроэнергии, электромеханических и механических
преобразователей, управляющих и информационных устройств и устройств
сопряжения с внешними электрическими, механическими, управляющими и
информационными системами, предназначенная для приведения в движение
исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением в
целях осуществления технологического процесса. Современный этап
развития привода характеризуется массовым переходом от нерегулируемого
электропривода к регулируемому [12].
Насосы и насосное оборудование являются неотъемлемой частью
производства в нефтедобывающей отрасли. По объемам добычи нефти
наиболее широко зарекомендовала себя установка электроцентробежного
насоса (УЭЦН). Электромеханическим преобразователем в данной установке
служит погружной асинхронный электродвигатель. Однако, эффективное
управление ими представляет собой довольно сложную задачу и требует
создания специальных систем управления [3].
Автоматизация управления позволяет осуществлять регулирование
скорости при заданной программе в функции пути, времени или нагрузки,
регулирование ускорения и замедления, перераспределение нагрузки, точную
остановку, защиту от перегрузки, разноса, неправильного начального
положения и т.п. Применение автоматизации (даже частичной) увеличивает
надёжность и точность работы электропривода, повышает
производительность машин в целом [12].
При использовании регулируемых электроприводов решается задача
поддержания определенного значения технологического параметра,
например, регулирование подачи скважинной продукции в насосных
установках.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка
регулируемого электропривода погружного насосного агрегата,
удовлетворяющего техническим условиям и требованиям.
1 Технология откачки ПНГ
Попутный нефтяной газ (ПНГ) – является ценным углеводородным
компонентом, выделяющимся из добываемых, транспортируемых и
перерабатываемых, содержащих углеводороды, минералов на всех стадиях
инвестиционного цикла жизни до реализации готовых продуктов конечному
потребителю [2].
По данным Министерства природных ресурсов и экологии РФ, из
ежегодно добываемого в России ПНГ, лишь 26% направляется в
переработку, 47% идет на нужды промыслов либо списывается на
технологические потери и 27% сжигается в факелах. Помимо экономических
убытков, утилизация ПНГ приводит к значительным выбросам твердых
загрязняющих веществ и ухудшению экологической обстановки в
нефтепромысловых районах [1].
Постановлением Правительства Российской Федерации от 08.01.2012
(протокол №7, пункт 2) по принятию мер для предотвращения загрязнения
атмосферного воздуха выбросами загрязняющих веществ и сокращении
эмиссии парниковых газов, образующихся при сжигании попутного
нефтяного газа, установлен целевой показатель сжигания ПНГ на факельных
установках на 2012 и последующие годы в размере не более 5% от объема,
добытого ПНГ. Так, при сжигании ПНГ на факельных установках более 5%,
плата за выбросы вредных веществ, образующихся при этом, рассчитывается
как за сверхлимитное загрязнение и при расчете к нормативам платы
принимается дополнительный коэффициент [1].
Утилизацию ПНГ необходимо проводить, как с точки зрения
экологической безопасности, так и с точки зрения экономической
эффективности, потому как, при добыче скважинной продукции, в затрубном
пространстве скапливается нежелательное количество газосодержания,
которое, создавая дополнительное давление, препятствует повышению
притока скважинной продукции. Избыток газосодержания на приеме
скважинного насоса приводит к снижению подачи скважинной продукции и
КПД установки, так как присутствие эмульгированного газа увеличивает
объём смеси, проходящей через первые рабочие ступени насоса, и забирает
часть энергии, подводимой к валу насоса, расходуя ее на сжатие газовых
пузырьков и полное их растворение в нефти.
Откачка ПНГ производится с помощью простой, но эффективной
технологии [1,2], которая наглядно изображена на рисунке 1.
1. А.А. Долгань, Технология откачки газа из затрубного пространства
добывающих скважин, Изд-во: «Нефтегазовая вертикаль» №6
2. А.А.Нургалиев,Л.Т.ХабибуллинРешениепроблемыутилизации
попутного нефтяного газа, скапливающегося в затрубном пространстве
добывающих скважин
3.Г.В. Молчанов, А.Г.Молчанов; Машины и оборудования для добычи
нефти
4. М.Д. Валеев, А.В., Севастьянов, Ю.В. Нигай, Р.С. Третьяков Технология
увеличения производительности нефтяных скважин
5. Petroleum learning centre, Центр профессиональной переподготовки
специалистов нефтегазового дела; Короткие курсы; интернет ресурс,
режим доступа: http://hw.tpu.ru/short-courses/, свободный
6. Д.А.СарачеваСовершенствованиеэлектроцентробежныхнасосных
установок для скважин, осложненных высоким газовым фактором,
Диссертация, Уфа 2016
7. Каталог электроцентробежных насосов фирмы REDA, [Электронный-
ресурс]:Режимдоступа
http://www.slb.com/~/media/Files/artificial_lift/product_sheets/ESPs/hotline_pu
mps_ps.pdf, свободный
8. Каталог погружных электродвигателей, [Электронный-ресурс]: Режим
доступаhttp://www.rimera.com/upload/catalog/pdf/pogruzhnye-elektrodvig-
ped.pdf, свободный
9. ЗАО «ЧЭАЗ» Каталог преобразователей частоты среднего напряжения,
ВЧРП-ТМ[Электронный-ресурс]:Режимдоступа
http://www.cheaz.ru/upload/iblock/900/vchrp_s_oblozhkoy.pdf, свободный
10.А.А Сивков, Д.Ю. Герасимов, А.С. Сайгаш. Основы электроснабжения
Учебное пособие. Томск: Изд-во ТПУ, 2012. – 180с.
11.ООО «Камский кабель» Каталог кабельной продукции для нефтенасосов,
[Электронный-ресурс]:Режимдоступа
http://www.kamkabel.ru/production/catalog/kabeli-i-provoda-spetsialnye/dlya-
neftenasosov/, свободный
12.Л. С. Удут, О. П. Мальцева, Н. В. Кояин. Проектирование и исследование
автоматизированных электроприводов. Часть 8.
13.Чернышев А.Ю., Чернышев И.А. Расчёт характеристик электроприводов
переменного тока. Ч.1. Асинхронный двигатель: Учебное пособие. –
Томск: Изд-во ТПУ, 2005. – 136 с.
14.Байбаков С. А., Субботина Е. А. Регулирование центробежных насосов,
ОАО «ВТИ», 2009
15.Правила устройства электроустановок, ПУЭ, утвержденные
Министерством энергетики России от 08.07.2002, №204
16.Н.А. Гаврикова, Л.Р. Тухватулина, И.Г. Видяев «Финансовый менеджмент,
ресурсоэфективность и ресурсосбережение»: Издательство Томского
политехнического университета 2014
17.ГОСТ 12.3.002-75.Система стандартов безопасности труда. Процессы
производственные. Общие требования безопасности
18.ГОСТ 12.1.003-83 “Шум. Общие требования безопасности
19.Положениеодекларациипромышленнойбезопасностиопасных
производственныхобъектовпредприятий,согласованногос
Госгортехнадзором РФ за № 03-35/39 от 23.02.1999 г
20.СевКавНИПИГаз «Безопасность жизнедеятельности и экологичность
проекта»
21.«Правилпоэксплуатации,ревизии,ремонтуиотбраковке
нефтепромысловых трубопроводов», утвержденных Минтопэнерго РФ
30.12.93 г.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (188 отзывов)
4.6 (30 отзывов)
0 (13 отзывов)
4 (15 отзывов)
5 (49 отзывов)
4.7 (82 отзыва)
4.7 (96 отзывов)
4.8 (105 отзывов)
4.8 (2878 отзывов)
