Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Повышение эффективности эксплуатации магистральных нефтепроводов с регулированием частоты вращения насосных агрегатов

ВАК РФ 25.00.19, Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности эксплуатации магистральных нефтепроводов с регулированием частоты вращения насосных агрегатов"

На правах рукописи

БЫКОВ Кирилл Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ С РЕГУЛИРОВАНИЕМ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ

Специальность 25.00.19 - Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2014

005558522

005558522

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреяадении высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Научный руководитель -доктор технических наук, доцент

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина», кафедра проектирования и эксплуатации газонефтепроводов, профессор

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет», кафедра «Транспорт углеводородных ресурсов», доцент

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет»

Защита состоится 18 декабря 2014 г. в 15 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.10 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106, г. Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. 1163.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный» и на сайте www.spmi.ru.

Автореферат разослан 17 октября 2014 г.

Николаев Александр Константинович

Официальные оппоненты:

Поляков Вадим Алексеевич

Подорожников Сергей Юрьевич

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета

ПЕТУХОВ

Александр Витальевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований

В настоящее время сеть магистральных нефтепроводов (МН) в нашей стране интенсивно расширяется - реализованы проекты «Балтийская трубопроводная система-2» (БТС-2), «Восточная Сибирь-Тихий Океан» (ВСТО), реализуются проекты «Куюмба-Тайшет», «Заполярье-Пурпе-Самотлор» и др.

Одной из основных задач программы стратегического развития ОАО «АК «Транснефть» до 2020 г. является повышение энергоэффективности за счет реализации мероприятий по экономии энергетических ресурсов и снижения удельного потребления электроэнергии на перекачку нефти до 11,32 кВт-ч/тыс. т -км.

Наиболее существенные затраты при транспортировке нефти приходятся на энергопотребление насосными агрегатами нефтеперекачивающей станции (НПС). Анализ работы магистральных нефтепроводов показывает, что существующие методы автоматизированного контроля и управления режимами работы магистральных нефтепроводов не в полной мере учитывают постоянные изменения внешних факторов эксплуатации, недостаточно освещены вопросы регулирования при изменении вязкости и плотности перекачиваемых партий нефти.

Также в настоящее время не существует однозначного решения задачи по оценке величины коэффициента гидравлического сопротивления в зоне смешанного трения турбулентного режима течения.

Поскольку гидравлический расчет является основой математической модели нефтепровода и служит для планирования объемов перекачки нефти и определения наиболее эффективных режимов работы магистральных нефтепроводов, указанные недостатки ведут к отклонению от рациональных режимов перекачки и перерасходу электроэнергии.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности эксплуатации магистральных нефтепроводов на основе разработки системы регулирования режимов транспортирования нефти с применением частотно-регулируемого

привода на нефтеперекачивающих станциях в условиях постоянно изменяющихся характеристик перекачиваемой смеси нефтей.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследований:

1. Разработать и обосновать математическую модель процессов и объектов системы НПС-нефтепровод с применением частотно-регулируемого привода (ЧРП) насосных агрегатов, реализованную в программной среде.

2. Провести экспериментальные исследования движения смеси нефтей по нефтепроводу и обосновать зависимости для расчета коэффициента гидравлического сопротивления в области смешанного трения турбулентного режима течения.

3. Предложить метод выбора рациональных режимов работы нефтеперекачивающих станций магистральных нефтепроводов с учетом изменения частоты вращения роторов насосных агрегатов.

4. Разработать рекомендации по повышению эффективности эксплуатации магистральных нефтепроводов при регулировании режима работы системы НПС-нефтепровод.

5. Разработать устройства, обеспечивающие стабилизацию технологического режима перекачки и повышение производительности магистральных нефтепроводов.

Идея работы. Для повышения технико-экономических характеристик эксплуатации магистральных нефтепроводов необходимо использовать зависимости, описывающие гидравлические сопротивления участков магистрального нефтепровода с наименьшей среднеквадратичной погрешностью, и регулировать режимы работы НПС изменением частоты вращения роторов насосных агрегатов с учетом постоянно изменяющейся вязкости смеси нефтей.

Научная новизна работы:

1. Установлены и обоснованы зависимости для расчета с минимальной погрешностью величины коэффициента гидравлического сопротивления участков магистрального нефтепровода в зоне смешанного трения турбулентного режима течения для конкретных условий движения смеси нефтей.

2. Разработана математическая модель работы НПС магистрального нефтепровода с учетом регулирования частоты вращения роторов насосных агрегатов при изменяющейся вязкости смеси нефтей.

Защищаемые научные положения:

1. В результате выбора количества включенных насосных агрегатов и частоты вращения их роторов обеспечивается рациональный режим работы магистрального нефтепровода и минимум стоимости затраченной электроэнергии.

2. Расчет коэффициента гидравлического сопротивления нефтепровода при перекачке смеси нефтей с различной вязкостью на основе полученных зависимостей позволяет повысить точность расчета режимов транспортирования нефти.

Методика исследований. В основу проведенных исследований положен системный подход к изучаемому объекту. При решении поставленных задач использован комплексный метод исследований: обобщение и анализ теоретических и экспериментальных трудов в области гидравлического расчета трубопроводов, выбора и регулирования режимов работы НПС. Математическое имитационное моделирование, расчеты и анализ полученных результатов проводились с использованием пакета прикладных программ МаЛаЬ.

Для подтверждения выводов и предложенных в диссертационной работе методов использовалась промышленная информация, полученная при эксплуатации магистральных нефтепроводов и насосных станций.

Достоверность научных положений обоснована и подтверждается использованием современных методов математического анализа при проведении теоретических исследований, профессиональных программных продуктов при математическом моделировании системы НПС-нефтепровод, достаточной сходимостью теоретических и экспериментальных данных с применением методов математической статистики и регрессионного анализа.

Практическая ценность работы определяется тем, что она выполнялась, исходя из конкретных потребностей нефтяной

отрасли, и направлена на реализацию принципа повышения энергоэффективности трубопроводного транспорта нефти.

Разработанная в диссертации методика расчета, позволяющая более корректно оценивать коэффициент гидравлического сопротивления, регулировать работу нефтеперекачивающих станций изменением частоты вращения роторов насосов и определять рациональный технологический режим работы магистрального нефтепровода, может быть использована в нефтетранспортных подразделениях ОАО «АК «Транснефть» и в специализированных сервисных организациях.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на:

- III Международной научно-практической конференции «Современное состояние естественных и технических наук» (г. Москва, 2011 г.);

- VII Международной учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный транспорт - 2011» (г. Уфа, 2011 г.);

- The Sixth International Conference on Use of Mineral Resources, CINAREM'l 1 (г. Гавана, Куба, 2011 г.);

- ХП Научно-технической конференции ООО «Балтнефтепровод» (г. Санкт-Петербург, 2012 г.);

- 67-й Международной молодежной научной конференции «Нефть и газ - 2013» (г. Москва, 2013 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано восемь научных работ, из которых две работы - в изданиях, входящих в перечень научных изданий, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, три - патенты РФ.

Личный вклад соискателя. Автором выполнена постановка задач и разработка методики исследований, анализ точности существующих методов оценки коэффициента гидравлического сопротивления в зоне смешанного трения турбулентного режима движения нефти, анализ современных методов выбора и регулирования режимов работы МН и НПС; проведен анализ влияния изменения вязкости нефти на колебания производительности магистрального нефтепровода; проведены

экспериментальные исследования движения нефти по магистральным нефтепроводам; установлены новые зависимости для расчета коэффициента гидравлического сопротивления в зоне смешанного трения турбулентного режима движения на участке МН; разработана методика регулирования работы магистрального нефтепровода с изменением частоты вращения роторов насосных агрегатов; разработана модель НПС магистрального нефтепровода, оборудованной насосами с ЧРП, в программной среде Ма1:ЬАВ; разработаны устройства для автоматического удаления газовоздушных скоплений из нефтепровода.

Реализация результатов работы. Разработанная методика регулирования работы и оптимизации режимов работы НПС может быть применена на предприятиях нефтяной промышленности для уменьшения затрат на перекачку нефти. Разработанная в среде 51тиПпк модель может быть использована для анализа технологических режимов при изменении вязкости нефти.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, изложена на 138 страницах текста, содержит 36 рисунков, 10 таблиц, список использованных источников из 103 наименований, 2 приложения.

Автор выражает глубокую признательность коллективу кафедры транспорта и хранения нефти и газа и кафедры электротехники, электроэнергетики, электромеханики

«Национального минерально-сырьевого университета «Горный» за консультации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика работы, обоснована её актуальность, определены цель, идея, задачи работы, изложены защищаемые положения, научная новизна и практическая значимость.

Первая глава посвящена анализу существующих методов регулирования режимов работы нефтеперекачивающих станций магистрального нефтепровода, методов гидравлического расчета и прогнозирования коэффициента гидравлического сопротивления.

Исследованиями в области регулирования режимов работы магистральных нефтепроводов занимались такие авторы, как: Л.А.Зайцев, Л.Г. Колпаков, A.A. Коршак, A.M. Нечваль, П.И. Тугунов, М.Д. Айзенштейн, Е.В. Вязунов и др.

При анализе существующих методов регулирования режимов работ МН, было выявлено, что наибольшее распространение получили методы ступенчатого регулирования и изменения параметров рабочего колеса насоса, которые, ввиду недостаточной гибкости, всегда применяются совместно с дросселированием, что обуславливает их неэкономичность и ведет к значительным потерями энергии.

Также в результате анализа установлено, что применение вышеуказанной комбинации методов регулирования приводит к увеличению расхода энергии, которое обусловлено неравномерностью перекачки при необходимости работы на режимах, превышающих по объемам перекачки плановые, определяемые для условия выполнения плана поставок нефти при равномерной работе.

С точки зрения энергосбережения наиболее эффективным является метод регулирования частоты вращения рабочего колеса насоса. Его эффективность по сравнению с другими методами возрастает с расширением границ изменения режимов работы насосных станций. Среди известных способов регулирования частоты вращения роторов насосных агрегатов наиболее прогрессивным является использование электродвигателя с преобразователем частоты питающего тока.

Для обеспечения высокой эффективности регулирования и выбора режимов работы МН важна точность оценки потерь напора на трение по длине нефтепровода, поскольку гидравлический расчет является основой для математической модели НПС-нефтепровод.

Однако современная теория гидравлического расчета трубопроводов не дает однозначного решения по оценке коэффициента гидравлического сопротивления X для зоны смешанного трения турбулентного режима течения, в то время как большая часть магистральных нефтепроводов работает именно в этой зоне.

Исследованиями по вопросам разработки методов гидравлического расчета трубопроводов для перекачки

ньютоновских жидкостей в разное время занимались многие ученые. Среди трудов, посвященных данному вопросу, следует выделить работы А.Д. Альтшуля, В.И. Черникина, И.А. Исаева, JT.C. Лейбензона, Б.Л. Шифринсона И.И. Никурадзе, B.C. Яблонского, Г.К. Филоненко, Н.З. Френкеля, Колбрука, Муди и др.

Проведен анализ встречающихся в зарубежной и отечественной литературе зависимостей для оценки коэффициента X. Некоторые из этих зависимостей основаны на данных экспериментов, проводившихся в лабораторных и полупромышленных условиях, либо на трубах с искусственной шероховатостью, а также часть опытов была поставлена для воды на трубах малого диаметра со сравнительно небольшими скоростями течения, что не позволило учесть факторы, оказывающие влияние на гидравлическое сопротивление реальных нефтепроводов. В некоторых формулах коэффициент гидравлического сопротивления представлен в неявном виде, что неудобно для практических расчетов.

Анализ современной научно-технической литературы показал, что для расчета величины коэффициента X в зоне смешанного трения наибольшее распространение получили зависимости, предложенные А.Д. Альтшулем, И.А. Исаевым, Б.Н. Лобаевым, Н.З. Френкелем, В.И. Черникиным и ОАО «Гипротрубопровод».

Таким образом, в настоящее время не существует однозначного решения задачи по оценке величины коэффициента гидравлического сопротивления в практически значимой для магистрального транспорта нефти зоне смешанного трения турбулентного режима течения.

На основании вышесказанного, необходимо разработать метод определения частоты вращения роторов магистральных насосных агрегатов при регулировании режима работы МН, разработать математические модели процессов системы НПС-нефтепровод с учетом изменения частоты вращения рабочих колес центробежных насосов. Также требуется провести анализ точности существующих методов оценки коэффициента гидравлического сопротивления в зоне смешанного трения турбулентного режима движения нефти, провести экспериментальные исследования движения нефти по магистральным нефтепроводам и установить

новые зависимости, описывающие величину коэффициента гидравлического сопротивления в зоне смешанного трения турбулентного режима движения с наименьшей погрешностью.

Вторая глава посвящена обоснованию метода расчета режима работы НПС магистрального нефтепровода.

С целью моделирования системы частотного регулирования режима работы нефтепровода было разработано математическое описание, состоящее из уравнений установившегося течения жидкости в трубопроводе и уравнений электропривода насосных агрегатов.

При числе работающих насосов л, из которых к -регулируемые, в общем случае для определения необходимой частоты вращения пс с-го регулируемого насосного агрегата при известных частотах вращения к-1 регулируемых насосов, обеспечивающей требуемую производительность Q нефтепровода, предложено использовать уравнение

где пном - номинальная частота вращения магистрального насоса; /г,, а;, Ь] - частота вращения и коэффициенты аппроксимации напорной характеристики у-го магистрального насоса; ас, Ъс - коэффициенты аппроксимации напорной характеристики с-го магистрального насоса; т - количество НПС; А, В - коэффициенты, равные:

где ап, Ьп - коэффициенты аппроксимации напорной характеристики подпорного насоса;

Аг - разность геодезических отметок начала и конца нефтепровода; Иост - остаточный напор в конце МН;

(1)

A = ^aj+an-Az-hocm>

(2)

j-l ы D -Л

(3)

, Ъ, - коэффициент гидравлического сопротивления и длина г'-го участка МН;

О - внутренний диаметр МН.

Для частного случая, когда всем установленным на НПС регулируемым однотипным насосным агрегатам задается одинаковая частота п (т.е. а1+а2+... + а, =к-а и ь, +Ь2 +... + Ьк =к -Ь ),

для обеспечения расхода <2 устанавливается частота вращения в соответствии с выражением

\{в+къ\д2-А ш

"„„.„ V ка

В среде имитационного моделирования БтиИпк профессионального математического пакета МаЙаЬ создана программа на основе разработанного математического описания. В качестве примера моделируется НПС с 3 включенными насосными агрегатами типа НМ 2500-230, работающими на участок трубопровода и приводимыми электродвигателями с преобразователями частоты питающего переменного тока при заданной производительности <2„=2300 м3/ч.

В системе управления частотой вращения насосных агрегатов реализовано регулирование по изменению производительности МН в процессе эксплуатации. Управление частотой вращения роторов электродвигателя и насоса осуществляется в зависимости от результирующей разности текущей и заданной производительности.

Результатом расчета модели являются графики зависимости расхода, давления, момента на валу насоса и угловой скорости вращения рабочего колеса от времени, представленные на Рисунках 1-2.

Анализ полученных при симуляции графиков показывает, что привод плавно разгоняется до номинальной скорости за 4,4 с. После разгона до номинальной скорости (311,9 рад/с) происходит стабилизация расхода при кинематической вязкости нефти 18 сСт. При этом расход в трубопроводе больше, чем заданный ()„. После включения регуляторов устанавливается требуемая частота вращения рабочих колес насосов 261,4 рад/с для обеспечения планового расхода <2„.

ния роторов насосов м;, момента на валу насоса М от времени ? в режиме

пуска и регулирования расхода

1 - давление после 1-го насоса, 2 - давление после двух насосов, 3 -давление на выходе НПС

При увеличении вязкости перекачиваемой нефти с 18 сСт до 24 сСт возникает корректирующий сигнал, после чего частота вращения рабочих колес насосов плавно изменяется до 266,7 рад/с для обеспечения планового расхода ()„.

Разработанный в среде БтиПпк программный комплекс позволяет определять требуемые значения частоты вращения рото-

ров регулируемых насосов для обеспечения заданной производительности при различной вязкости смеси нефтей и может быть использован для решения задач по разработке карт технологических режимов и планированию работы магистральных нефтепроводов.

В третьей главе выполнено описание экспериментальных исследований движения смеси нефтей по нефтепроводу, установлена зависимость колебаний производительности нефтепровода от вязкости перекачиваемой смеси нефтей и обоснованы зависимости для расчета коэффициента гидравлического сопротивления в области смешанного трения турбулентного режима течения.

Эксперименты проводились на участках магистрального нефтепровода «Ярославль-Кириши-Приморск» Ду 720 с различным сроком эксплуатации. В процессе исследований проводились измерения основных технологических параметров работы МН и физических свойств перекачиваемой смеси нефтей с помощью поточных средств измерений, а также путем анализа проб нефти в химико-аналитической лаборатории.

При проведении экспериментов использовалась методика рационального планирования экспериментов М.М. Протодьяконова и Р.И. Тедера.

Опытные данные были предварительно проверены на соответствие распределения исходных данных закону нормального распределения и отсеиванию резко выделяющихся наблюдений. Для оценки закона распределения экспериментальных данных использовался комплекс стандартных методов математической статистики, реализованный в программном продукте SigmaPlot 12.0. Для аналитической оценки закона распределения значений использовался прикидочный анализ величин стандартных коэффициентов асимметрии и эксцесса, а также критерии Колмогорова-Смирнова и Ша-пиро-Уилка.

По результатам проведенных исследований получены графики колебаний производительности на участках магистральных нефтепроводов в зависимости от вязкости перекачиваемой нефти в течение года. На Рисунке 3 представлен график зависимости произво-

дительности Q от изменения кинематической вязкости v нефти на участке «НПС Кириши-НПС Невская».

Рисунок 3 - График зависимости производительности Q от изменения кинематической вязкости v нефти на участке «Кириши-Невская»

Анализ графиков показал, что колебания вязкости в пределах от 10 сСт до 26 сСт ведут к изменению производительности Q перекачки по трубопроводу Ду 720 мм на величину до 4 тыс. т. в сутки. Уменьшение грузооборота при этом для нефтепровода «Ярославль-Кириши-Приморск» длиной 805 км составляет G = 3,22-106 тонн-км/сут. Изменение тарифной выручки при уменьшении грузооборота с учетом тарифа на перекачку нефти Т=0,4328 руб./т-км равно Втр = 1,3936-106 руб./сут.

Значения коэффициента гидравлического сопротивления участков МН, полученные по экспериментальным данным, были нанесены на график X=f(Re) совместно с теоретическими кривыми, полученными для условий эксперимента по известным формулам, широко распространенным при гидравлических расчетах: АД. Альтшуля, И.А. Исаева, ОАО «Гипротрубопровод», В.И. Черникина, Б.Н. Лобаева и Н.З. Френкеля. На Рисунке 4 представлен график зависимости X=f(Re) для участка «Кириши-Невская», построенной по формулам И.А. Исаева, А.Д. Альтшуля, Б.Н. Лобаева, с нанесенными экспериментальными значениями.

0,017

0,015 .................................................................—.......................................!...................................-.................................-.........................................................

20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000

Не

о Экспериментальные значения --Кривая по формуле Исаева

-Кривая по формуле Альтшуля .....Кривая по формуле Яобаева

Рисунок 4 - График зависимости 1=/(Яе) для участка «Кириши-Невская» по результатам экспериментальных исследований и расчетов по формулам И.А. Исаева, А.Д. Альтшуля, Б.Н. Лобаева

Установлено, что среднеквадратичное отклонение полученных экспериментальных точек от кривых, построенных по формулам А.Д. Альтшуля, И.А. Исаева, ОАО «Гипротрубопровод», В.И. Черникина, Б.Н. Лобаева, Н.З. Френкеля составляет от 9,18% до 25,71%, что не является удовлетворительным результатом и подтверждает необходимость адекватного описания зависимости для коэффициента гидравлического сопротивления в области смешанного трения турбулентного режима течения.

Для определения коэффициентов регрессии и построения регрессионной модели использован статистический пакет МаИ^аЬ. В качестве исходной модели предложено использовать зависимость наиболее близкую к опытным данным по участку МН. Для различных участков МН такими зависимостями являются формула А.Д. Альтшуля и формула И.А. Исаева.

В результате были получены зависимости для величины коэффициента гидравлического сопротивления относительно нового участка нефтепровода со сроком эксплуатации до 15 лет (Рисунок 5 а)

я = 9,645 + г +0,01697

(5)

и для участка нефтепровода со слабыми отложениями, сроком эксплуатации от 15 до 30 лет (Рисунок 5 б)

1

Я--

-2,209 ^

Яе 3,75 6)

1.044 Л

(6)

а б

Рисунок 5 - Графики зависимости Л=/(Яе), построенные по формулам: а - (5); б - (6) с нанесенными экспериментальными точками

Качество полученных формул было проверено при помощи стандартных методов математической статистики: проанализированы значимости множественной регрессии при помощи ^критерия Фишера, значимости коэффициентов регрессии при помощи ?-критерия Стьюдента.

Коэффициент множественной детерминации соотношения

(5) равен 0,95, а коэффициент множественной корреляции - 0,975. Величина среднеквадратичной погрешности составляет 1,42%.

Коэффициент множественной детерминации соотношения

(6) равен 0,932, а коэффициент множественной корреляции - 0,965. Величина среднеквадратичной погрешности составляет 2,06%.

В четвертой главе даны рекомендации по повышению эффективности эксплуатации МН.

На основании полученных зависимостей (1-6) разработана методика регулирования режима работы магистрального нефтепровода при заданной производительности.

Предложен метод выбора рационального режима работы магистрального нефтепровода, позволяющий выбирать рациональную схему включения насосных агрегатов НПС, а также частоту вращения насосных агрегатов. В качестве целевой функции предложено использовать общую сумму затрат на работу п насосных агрегатов на т НПС за месяц с учетом двухставочного тарифа на электроэнергию, равную

(7)

где N- потребляемая мощность на перекачку _/-м работающим насосом на г-ой НПС, кВт;

Чэлм ~ тариф на электроэнергию, потребленную на перекачку на г-ой НПС, руб./кВт'ч;

г - время работы МН в месяце, час;

N п - заявленная мощность работающих МНА на г-ой НПС, кВт; ЦЭ121 - тариф на заявленную мощность на г-ой НПС, руб./кВт'мес; Ну - значение напора у'-го насосного агрегата на г-ой НПС, м;

ЛшрЛп'прЛбв,] - КПД >Г0 насосного агрегата, КПД ;-го

преобразователя частоты, КПД электродвигателя у'-го насосного агрегата на г-ой НПС.

На основе предложенной формулы для выбора рационального режима с применением частотно-регулируемого привода насосных агрегатов себестоимость перекачки нефти уменьшается путем перераспределения напоров между НПС с различными тарифам на электроэнергию таким образом, чтобы затраты на электроэнергию оказались минимальными.

Приведен пример расчета и выбора рационального режима работы для действующего технологического участка МН. Показано, что переход с фактического режима с дросселированием на рациональный режим с частотным регулированием дает эффект экономии до 11,6% или 1123,25 тыс. руб. в месяц.

При эксплуатации систем магистральных нефтепроводов в их полости может происходить образование газовоздушных

скоплений (ГВС), что приводит к нарушению технологического режима перекачки, созданию дополнительных гидравлических сопротивлений, снижению пропускной способности трубопровода в среднем на 30...60% и соответственно возрастанию энергозатрат на перекачку.

Для повышения энергоэффективности магистрального транспорта нефти разработаны 3 варианта устройства для автоматического выпуска ГВС из полости МН (патенты №2463512, №2485387 и №2517990).

Использование данных устройств повышает производительность МН за счет уменьшения статических и ликвидации динамических сопротивлений движению нефти, обусловленных наличием ГВС в полости МН, обеспечивает более стабильный процесс перекачки и исключает явления пульсации давления и расхода, а также кавитации из-за наличия ГВС в нефти.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной научно-технической задачи по повышению эффективности эксплуатации магистральных нефтепроводов с регулированием частоты вращения насосных агрегатов.

Основные научные и практические выводы, сделанные в результате выполненных исследований, заключаются в следующем:

1. Разработана математическая модель работы НПС магистрального нефтепровода в программной среде БшидИпк профессионального пакета МаЙаЬ, которая позволяет определять требуемые значения частоты вращения ротора регулируемого насоса для обеспечения заданной производительности при различной вязкости перекачиваемой смеси нефтей.

2. На основе экспериментов установлены зависимости для оценки коэффициента гидравлического сопротивления в зоне смешанного трения при турбулентном течении нефти. От ранее известных они отличаются более высокой точностью.

3. Разработана методика расчета режимов работы нефтеперекачивающих станций магистрального нефтепровода с регулированием частоты вращения рабочих колес насосных агрегатов в условиях изменяющихся вязкости и плотности перекачиваемой смеси нефтей с учетом новых зависимостей для расчета коэффициента гидравлического сопротивления.

4. Предложен метод выбора рационального режима работы магистрального нефтепровода, заключающийся в применении в качестве критерия месячной стоимости затраченной на перекачку нефти электроэнергии с учетом двухставочного тарифа, что позволяет выбирать рациональную схему включения насосных агрегатов НПС, а также оптимальную частоту вращения регулируемых насосных агрегатов. Проведен расчет по предложенному методу для действующего технологического участка МН. Переход с фактического режима с дросселированием на рациональный режим с частотным регулированием дает эффект снижения затрат до 11,6%.

5. Разработаны устройства для автоматического удаления скоплений ГВС из нефтепровода, обеспечивающие стабилизацию технологического режима перекачки и повышение производительности транспортирования нефти. Технические решения защищены патентами №2463512, №2485387 и №2517990.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

В изданиях из перечня, рекомендованных ВАК Минобрнауки России:

1. Быков, К.В. Модернизация систем управления магистральными нефтепроводами / К.В. Быков, А.К. Николаев // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - №12. -С. 300-303.

2. Быков, К.В. Определение коэффициента гидравлического сопротивления магистрального нефтепровода / К.В. Быков, А.К. Николаев, В.И. Маларев // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2013. - №5. - С. 265-268.

Патенты на изобретения:

1. Пат. 2463512 Российская Федерация, МПК F16L55/00. Устройство для выпуска воздуха из нефтепровода / Тарасов Ю.Д., Николаев А.К., Быков К.В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «СПГГУ». - № 2011132210/06; заявл. 29.07.2011; опубл. 10.10.2012, Бюл.№28. - 9 е.: ил.

2. Пат. 2485387 Российская Федерация, МПК F16L55/07. Устройство для выпуска воздуха из нефтепровода / Тарасов Ю.Д., Николаев А.К., Кузьмин А.О., Быков К.В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «СПГГУ». - №2012118800/06; заяв. 04.05.2012; опубл. 20.06.2013, Бюл.№17. - 6 е.: ил.

3. Пат. 2517990 Российская Федерация, МПК F16L55/00. Устройство для удаления воздушных пробок из магистрального нефтепровода / Тарасов Ю.Д., Николаев А.К., Киселев С.С., Быков К.В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». - № 2013109328/06; заяв. 01.03.2013; опубл. 10.06.2014, Бюл.№16. - 6 е.: ил.

В других изданиях:

1. Быков, К.В. Разработка системы управления магистральными нефтепроводами на основе динамической модели / К.В.Быков, А.К. Николаев // Трубопроводный транспорт - 2011: тезисы VII Международной учебно-научно-практической конференции. - 2011. - С. 56-58.

2. Bykov, K.V. Modernization of crude oil pipelines control system / K.V. Bykov, A.K. Nikolaev // CINAREM'll: conference proceedings of the sixth international conference on use of mineral resources. -2011.-p. 23-24.

РИЦ Горного университета. 15.10.2014. 3.765. Т.100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2