5.4.7 Выбор рациональных режимов перекачки

Задача оптимального управления процессом перекачки сводится к определению режимов работы системы, минимизирующих стоимость израсходованной электроэнергии при обязательном выполнении плана приема и сдачи нефти за некоторый плановый период [2, 27, 28].

Режим работы МН – определенная комбинация одновременно включенных насосных агрегатов всех НПС, а программа перекачки за плановый период – совокупность некоторых режимов и времени работы на каждом из них. Таким образом, основным методом регулирования является изменение схемы включения насосов, при чём характеристики насосов могут быть различными за счёт использования сменных роторов или обточки рабочих колёс по наружному диаметру, а методы плавного регулирования используются для создания САР, при этом самым распространённым является метод дросселирования.

Для выбора рациональных режимов сперва необходимо определить все возможные режимы работы МН алгоритм расчета при этом следующий [2]:

1. задаваясь при помощи _ij количеством и номерами работающих насосов на каждой НПС (последнее учитывает возможное различие диаметров их роторов) по формуле (5.57) или (5.63) и т.п. вычисляют производительность нефтепровода Q, при этом нужно учитывать, что:

• при одном и том же суммарном числе работающих на станциях насосов, количеств комбинаций их включения может быть несколько, при этом пропорционально общему числу насосов изменяется и производительность;

• при режимах, отвечающих условиям (5.52) и (5.53), либо на всех НПС работает одинаковое число насосов, либо большее число насосов включено на станциях, расположенных в начале МН, в связи с этим часть заведомо «не проходящих» режимов можно исключить из расчёта;

2. по формулам (5.50) и (5.51) рассчитывают подпоры на входе и напоры H_ПСj на выходе каждой станции;

3. проверяют выполнение условий (5.52) и (5.53): если они выполняются для каждой станции, то такая комбинация включения насосов возможна, в противном случае – нет, так как даже если и возможна перекачка на данном режиме с учётом действия САР, данный режим будет уступать по экономичности другим с близкими производительностями.

Критерием выбора оптимальных режимов из числа возможных является величина удельных энергозатрат на перекачку 1 тонны нефти E_УД, вычисленная по формуле [1, 2, 18, 27]

, (5.95)

где N_П – мощность, потребляемая подпорными насосами;

N_НМij – мощность, потребляемая j-м магистральным насосом на i-й НПС;

Q – производительность нефтепровода при выбранном числе насосов.

Потребляема насосами мощность определяется формулой (5.42).

Рассмотрим характер изменения удельных энергозатрат от производительности МН. Пусть задан плановый объем перекачки V_ПЛ в течение некоторого времени τ_ПЛ. В течение этого времени средний расход нефти в трубопроводе должен составлять Q_пл=V_пл / τ_пл. Выполнение заданного плана возможно при циклической перекачке на двух режимах, удовлетворяющих условию (5.79).

Время работы нефтепровода на двух дискретных режимах определяется уравнениями (5.80). Удельные затраты электроэнергии на перекачку в этом случае определяются выражением

. (5.96)

Подставив в (5.80) уравнения (5.96) получим

. (5.97)

В интервале расходов от Q_A до Q_B суммарные удельные энергозатраты, определяемые из выражения (5.97), изменяются по закону гиперболы (рис. 5.19а).

Найденные для всех возможных режимов работы нефтепровода величины E_УД наносят на график в зависимости от Q, после чего через минимальные значения E_УД при каждом расходе проводится огибающая линия. Узловыми точками этой линии является множество рациональных режимов эксплуатации (рис. 3.31).

Порядок поиска узловых точек и построения огибающей, приведенной на рис. 5.19б, следующий:

1. определяется производительность перекачки Q_А, соответствующая режиму с минимальными энергозатратами E_{УД min} ;

2. для каждого i-го режима перекачки, отвечающего условию Q_i>Q_А , рассчитывается значение производной (тангенса угла наклона линии соединяющей i-ю точку с точкой А)

(5.98)

и находится ее минимальное значение. Режим, соответствующий минимальной производной иQ_i=Q_B , будет оптимальным в интервале расходов Q_B<Q<Q_C и является следующей узловой точкой огибающей линии, построенной по формуле (5.97);

3. далее новой нижней границей интервала расходов назначается значение Q_B, и процедура поиска следующей узловой точки производится аналогично, начиная со второго пункта.

Рис. 5.19. Определение границы области рациональных режимов:

а – зависимость удельных энергозатрат от расхода перекачиваемой нефти;

б – граница области рациональных режимов

Таким образом, из совокупности возможных режимов работы нефтепровода определяется ряд рациональных режимов, соответствующих узловым точкам огибающей линии 0ABCDE (см. рис. 5.19б). С увеличением числа НПС и типов применяемых роторов магистральных насосов существенно возрастает и количество возможных режимов эксплуатации нефтепровода.

Перекачка нефти по трубопроводам осуществляется циклически с производительностями, величина которых определяется плановым заданием или ограничениями на работу нефтепроводов (например, необходимостью снижения давления в связи с ремонтом магистрали без остановки перекачки).

Порядок пользования графиком, приведенным на рис. 5.19б, следующий:

1. в соответствии с плановым заданием на перекачку V_ПЛ за время τ_ПЛ вычисляют среднюю производительность нефтепровода в рассматриваемый период Q_ПЛ=V_ПЛ / τ_ПЛ ;

2. определяют ближайшие значения расходов, соответствующих узловым точкам огибающей линии и удовлетворяющие неравенству Q_A<Q_ПЛ<Q_B;

3. рассчитывают продолжительность работы нефтепровода в плановый период с данными производительностями по формулам (5.80).