В программах повышения энергоэффективности предприятий [1, 2], занимающихся транспортировкой углеводородов, одной из важных задач ставится повышение КПД эксплуатации существующего насосного оборудования. Часто эту задачу пытаются решить «в лоб», переходя на технологические режимы с высокими значениями КПД. Но более широкий и подробный анализ показывает, что прямая погоня за повышением КПД далеко не всегда приводит к повышению эффективности использования и экономии электроэнергии, а иногда совсем наоборот. Авторы статьи показывают, как можно добиться снижения потребления энергии за счет оптимизации режимов работы оборудования.
Самым простым способом добиться наиболее высокого КПД каждой единицы насосного оборудования можно путем работы трубопровода на режимах, близких к максимальным проектным. При этом не требуется модернизация насосов или замена на более совершенное оборудование. Сразу КПД насосов достигает максимальных значений, заложенных в проект. И это хорошо для нефтепроводов, работающих на полную проектную нагрузку. Но практика эксплуатации многих нефтепроводов показывает, что далеко не все из них работают с полной проектной производительностью. Перекачиваемые объемы часто меньше максимальных проектных величин. Иногда требуется неравномерная поставка нефти. Пониженные объемы поставки нефти с использованием максимальных режимов требуют циклической работы трубопровода с периодическими остановками [3]. При этом в периоды работы задействовано максимальное количество единиц насосного оборудования, трубопровод циклически нагружается до максимальных давлений, при включении и выключении идут переходные процессы, ухудшаются условия контроля технического состояния трубопровода, снижается уровень безопасности, повышаются риски возникновения нештатных ситуаций, отказов или аварий.
От многих этих проблем можно уйти при непрерывной равномерной работе нефтепровода в течение продолжительных промежутков времени.
При равномерной поставке используется для работы минимум насосного оборудования, отсутствует цикличность нагружения трубы, насосы работают на пониженной производительности и, соответственно, потребляют меньше энергии, давление в трубопроводе также может быть понижено. Для перекачки требуемого объема требуется меньшее число насосных агрегатов, часто даже промежуточные насосные станции могут быть выведены из эксплуатации. Контроль длительного стационарного режима осуществлять значительно проще. Главным недостатком такой работы на пониженной производительности является то, что мощное насосное оборудование используется на сниженных режимах и имеет при этом пониженный КПД. Для повышения КПД насосов строить специальные станции или ставить насосы, рассчитанные на меньшую производительность не всегда целесообразно ввиду их высокой стоимости и увеличения эксплуатационных расходов, которые превышают эффект, получаемый от повышения КПД. Тем не менее, на многих нефтеперекачивающих станциях в период становления и развития нефтепроводов устанавливалось оборудование разных типоразмеров и мощности. В процессе перекачки могут одновременно использоваться разные насосы, соединенные гидравлически последовательно или параллельно с отличающимися друг от друга характеристиками. Задачей предприятия является получение максимальной отдачи от имеющегося и используемого насосного оборудования путем стремления к повышению КПД при минимальном расходе электроэнергии и требуемых объемах и графиках поставки нефти.
И вот здесь возникает некоторое противоречие, что важнее высокий КПД при работе насосов или минимальное энергопотребление на перекачку требуемого объема нефти за заданный период времени.
Казалось бы, что режимы при максимальных значениях КПД должны приводить к лучшим показателям эффективности. Посмотрим, так ли это на самом деле.
Чтобы ответить на этот вопрос предлагается применить обобщенный показатель эффективности использования насосного оборудования для нефтепровода [4-6].
Обобщенный показатель представляет собой отношение требуемой гидравлической мощности для прокачки участка нефтепровода к подводимой мощности всех используемых в перекачке магистральных насосных агрегатов.
В случае неравномерной поставки нефти предлагается использовать обобщенный показатель эффективности использования насосного оборудования при неравномерной поставке нефти за определенный период времени, представляющий собой отношение суммарной величины требуемой полезной гидравлической энергии всех используемых за период рассмотрения режимов работы нефтепровода, с учетом времени их работы, к суммарному электропотреблению примененных комбинаций включения насосных агрегатов. Данный обобщенный показатель определяет осредненный показатель эффективности использования насосного оборудования за рассматриваемый период (сутки, неделю, декаду, месяц, квартал, год) (формула 2).
Чтобы пояснить, как применять эти показатели, для участка нефтепровода были рассчитаны рабочие технологические режимы и определены показатели эффективности использования насосного оборудования, удельные показатели энергопотребления, электрические мощности в зависимости от объемов поставки, стоимостные показатели приобретения электроэнергии. Проведен анализ полученных зависимостей.
На рисунке 1 представлены рабочие точки обобщенного показателя эффективности использования насосного оборудования технологического участка магистрального нефтепровода для различных режимов перекачки с разными комбинациями включения насосов. Зеленая линия показывает тенденцию к снижению величины обобщенного КПД насосного оборудования при уменьшении производительности трубопровода. Точки с большими значениями обобщенного КПД характеризуют более эффективные режимы при данной производительности. Рисунок позволяет спрогнозировать эффективность работы насосов и выбрать лучшие режимы для каждой производительности трубопровода. Квадратные точки характеризуют обобщенный показатель КПД насосного оборудования при работе несколькими режимами за месяц при неравномерной поставке. Высокие значения обобщенного КПД квадратных точек за рассмотренный период (месяц) обусловлены неравномерной и цикличной работой нефтепровода на режимах повышенной производительности с более высокими значениями КПД. Казалось бы, что этот показатель превосходит значения показателей отдельных режимов, обеспечивающих требуемый объем поставки при равномерной работе, и обеспечивает более высокую эффективность эксплуатации насосного оборудования.
