Помощь студентам в учебе
Модернизация электропривода установки воздушного охлаждения газа
|
Аннотация
ВВЕДЕНИЕ
1 РОЛЬ АППАРАТОВ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА В
ДОБЫЧЕ ГАЗА И ЕГО ЭЛЕКТРОПРИВОД
1.1 Описание технологической установки
1.2 Анализ эффективности электротехнических комплексов
установок охлаждения газа
1.3 Способы уменьшения токовых перегрузок при пуске
электродвигателей для привода вентиляторов АВО газа
2 ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД АППАРАТОВ
ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА
2.1 Выбор способа регулирования
2.2 Схема управления частотно-регулируемого электропривода ....
3 ОБЗОР ПАТЕНТОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
3.1 Обоснование предмета поиска
3.2 Поиск по патентам
3.3 Обзор периодической печати
3.4 Выводы по патентным и литературным обзорам
4 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ УСТАНОВОК
ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА
4.1 Особенности расчёта переходных процессов в системах
электроснабжения установок охлаждения газа
4.2 Математические модели асинхронного электропривода с
вентиляторной нагрузкой
4.3 Математическая модель электропривода вентиляторов АВО газа
в системе MATLAB + Simulink
4.4 Исследование переходных процессов при пуске
электродвигателей ABO газа
5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
6 БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА
6.1 Анализ производственныхопасностей и вредностей
6.2.1 Мероприятия по обеспечению безопасных и безвредных
условий труда
6.2.2 Мероприятия по промышленной санитарии
6.2.3 Мероприятия по пожарной безопасности
б.ЗРасчет молниезащиты установки АВО газ
6.4Экологичность проекта
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ВВЕДЕНИЕ
1 РОЛЬ АППАРАТОВ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА В
ДОБЫЧЕ ГАЗА И ЕГО ЭЛЕКТРОПРИВОД
1.1 Описание технологической установки
1.2 Анализ эффективности электротехнических комплексов
установок охлаждения газа
1.3 Способы уменьшения токовых перегрузок при пуске
электродвигателей для привода вентиляторов АВО газа
2 ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД АППАРАТОВ
ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА
2.1 Выбор способа регулирования
2.2 Схема управления частотно-регулируемого электропривода ....
3 ОБЗОР ПАТЕНТОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
3.1 Обоснование предмета поиска
3.2 Поиск по патентам
3.3 Обзор периодической печати
3.4 Выводы по патентным и литературным обзорам
4 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ УСТАНОВОК
ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА
4.1 Особенности расчёта переходных процессов в системах
электроснабжения установок охлаждения газа
4.2 Математические модели асинхронного электропривода с
вентиляторной нагрузкой
4.3 Математическая модель электропривода вентиляторов АВО газа
в системе MATLAB + Simulink
4.4 Исследование переходных процессов при пуске
электродвигателей ABO газа
5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
6 БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА
6.1 Анализ производственныхопасностей и вредностей
6.2.1 Мероприятия по обеспечению безопасных и безвредных
условий труда
6.2.2 Мероприятия по промышленной санитарии
6.2.3 Мероприятия по пожарной безопасности
б.ЗРасчет молниезащиты установки АВО газ
6.4Экологичность проекта
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Охлаждение газа является неотъемлемой частью технологического процесса при подготовке в УКПГ к его транспортировке по МГ. В процессе компримирования и осушения газ нагревается, вызывая температурный перепад на участке газопровода между УКПГ и КС. Во избежание возникновения продольных температурных напряжений и деформаций трубопровода газ охлаждают в специальных установках воздушного охлаждения.
Установки охлаждения газа состоят из определенного количества ABO, которые являются исполнительными элементами в системе поддержания заданной температуры газа на выходе УКПГ. Задача поддержания рекомендуемой температуры газа решается включением необходимого количества вентиляторов. Наибольшее применение нашли ABO с нагнетательной тягой, в которых вентиляторы находятся под теплопередающей поверхностью теплообменника. Приводом вентиляторов являются многополюсные АД, которые имеют низкий коэффициент мощности даже в номинальном режиме. Вследствие большой инерции пуск многополюсного АД с вентилятором на валу является затяжным, при этом кратность пускового тока составляет 4,5 - 5. В этих условиях запуск нескольких вентиляторов в течение небольшого интервала времени превращается в серьезную техническую проблему.
Работа энергосистем Западной Сибири, где расположена основная часть месторождений природного газа, сопровождается частыми нарушениями в подаче электроэнергии, что вынуждает для обеспечения категорийности один ввод УКПГ запитывать от ЭСН. Любой отказ в питающих сетях приводит к нарушению режима добычи газа в целом регионе. Нередкими являются аварийные отключения и в распределительных сетях 6 кВ. В этих условиях восстановление режима охлаждения газа - достаточно часто повторяющаяся ситуация.
Электротехнический комплекс УОГ должен обеспечить техническую возможность восстанавливать режим охлаждения газа без перегрузки источников питания в течение требуемого времени после перерывов электроснабжения. Существующие схемы ЭТК необходимыми характеристиками не обладают. Особенно остро проблема восстановления режима охлаждения газа стоит для УОГ, электроснабжение которых осуществляется по 1-й категории. Здесь нарушение технологического регламента охлаждения сопровождается остановом коммерческой добычи газа и при определенных условиях может привести к аварийным ситуациям со значительным материальным ущербом.
Охлаждение газа является энергоемким процессом. Мощность, потребляемая электродвигателями ABO, составляет сотни киловатт, что оказывает существенное влияние на структуру электропотребления УКПГ, особенно с приводом нагнетателей ДКС от газотурбинных двигателей. На таких предприятиях на охлаждение газа расходуется до 70 % электроэнергии, затрачиваемой на его добычу.
Учитывая то обстоятельство, что в настоящее время на газодобывающих предприятиях страны эксплуатируется свыше шести тысяч ABO различных типов, повышение эффективности ЭТК УОГ является актуальной задачей, решение которой способствует экономии топливно-энергетических ресурсов и снижению себестоимости добычи газа.
Целью дипломной работы является создание эффективных ЭТК, обеспечивающих восстановление технологического режима охлаждения газа в течение требуемого времени после перерывов в электроснабжении и служащих основой для автоматизации процесса охлаждения газа.
Реализация поставленной цели достигается решением следующих задач:
- разработка математической модели ЭТК УОГ, включающего в себя группу многополюсных АД для привода вентиляторов АВО и элементы системы электроснабжения;
- проведение с помощью разработанной математической модели исследований динамических режимов в ЭТК УОГ, обусловленных пусками АД с вентиляторной нагрузкой.
Поставленные задачи решались путем проведения теоретических и экспериментальных исследований.
Установки охлаждения газа состоят из определенного количества ABO, которые являются исполнительными элементами в системе поддержания заданной температуры газа на выходе УКПГ. Задача поддержания рекомендуемой температуры газа решается включением необходимого количества вентиляторов. Наибольшее применение нашли ABO с нагнетательной тягой, в которых вентиляторы находятся под теплопередающей поверхностью теплообменника. Приводом вентиляторов являются многополюсные АД, которые имеют низкий коэффициент мощности даже в номинальном режиме. Вследствие большой инерции пуск многополюсного АД с вентилятором на валу является затяжным, при этом кратность пускового тока составляет 4,5 - 5. В этих условиях запуск нескольких вентиляторов в течение небольшого интервала времени превращается в серьезную техническую проблему.
Работа энергосистем Западной Сибири, где расположена основная часть месторождений природного газа, сопровождается частыми нарушениями в подаче электроэнергии, что вынуждает для обеспечения категорийности один ввод УКПГ запитывать от ЭСН. Любой отказ в питающих сетях приводит к нарушению режима добычи газа в целом регионе. Нередкими являются аварийные отключения и в распределительных сетях 6 кВ. В этих условиях восстановление режима охлаждения газа - достаточно часто повторяющаяся ситуация.
Электротехнический комплекс УОГ должен обеспечить техническую возможность восстанавливать режим охлаждения газа без перегрузки источников питания в течение требуемого времени после перерывов электроснабжения. Существующие схемы ЭТК необходимыми характеристиками не обладают. Особенно остро проблема восстановления режима охлаждения газа стоит для УОГ, электроснабжение которых осуществляется по 1-й категории. Здесь нарушение технологического регламента охлаждения сопровождается остановом коммерческой добычи газа и при определенных условиях может привести к аварийным ситуациям со значительным материальным ущербом.
Охлаждение газа является энергоемким процессом. Мощность, потребляемая электродвигателями ABO, составляет сотни киловатт, что оказывает существенное влияние на структуру электропотребления УКПГ, особенно с приводом нагнетателей ДКС от газотурбинных двигателей. На таких предприятиях на охлаждение газа расходуется до 70 % электроэнергии, затрачиваемой на его добычу.
Учитывая то обстоятельство, что в настоящее время на газодобывающих предприятиях страны эксплуатируется свыше шести тысяч ABO различных типов, повышение эффективности ЭТК УОГ является актуальной задачей, решение которой способствует экономии топливно-энергетических ресурсов и снижению себестоимости добычи газа.
Целью дипломной работы является создание эффективных ЭТК, обеспечивающих восстановление технологического режима охлаждения газа в течение требуемого времени после перерывов в электроснабжении и служащих основой для автоматизации процесса охлаждения газа.
Реализация поставленной цели достигается решением следующих задач:
- разработка математической модели ЭТК УОГ, включающего в себя группу многополюсных АД для привода вентиляторов АВО и элементы системы электроснабжения;
- проведение с помощью разработанной математической модели исследований динамических режимов в ЭТК УОГ, обусловленных пусками АД с вентиляторной нагрузкой.
Поставленные задачи решались путем проведения теоретических и экспериментальных исследований.
В дипломном проекте была поставлена и решена задача повышения эффективности ЭТК УОГ, критерием которой является способность восстанавливать технологический режим охлаждения газа за требуемое время после перерывов электроснабжения. Была разработана математическая модель ЭТК УОГ на базе интерактивного программного комплекса MATLAB + Simulink, позволяющая проводить исследования переходных процессов, в том числе обусловленных пуском многополюсных АД с вентиляторной нагрузкой на валу. Модель имеет открытую структуру, топология которой и параметры образующих ее блоков могут быть оперативно изменены в зависимости от конкретно решаемой задачи.
Проведено расчетно-теоретическое исследование переходных процессов при пуске многополюсных АД для привода вентиляторов ABO.
Установлено,что:
-кратность пускового тока многополюсного АД в значительной степени обусловлена реактивной составляющей, которая в течение большей части переходного процесса (для двигателя ВАСО мощностью 37 кВт составляющей примерно 15 с) превышает активную составляющую в 2,5 - 3 раза;
-угол установки лопастей и физические свойства охлаждаемого воздуха не оказывают существенного влияния на графики изменения электрических и электромагнитных величин в процессе пуска АД с вентиляторной нагрузкой.
Показано, что при ограничении тока источника питания за счет снижения напряжения питания или включения реактора в цепь статора двигателя не обеспечивается требуемое время восстановления технологического режима охлаждения газа после перерывов электроснабжения.
Были получены теоретические зависимости, характеризующие изменение тока в пусковом режиме при пуске многополюсных АД с вентиляторной нагрузкой, которые позволили выявить факторы, обеспечивающие уменьшение тока источника питания в динамических режимах, и сформулировать требования к структуре ЭТК УОГ.
По результатам моделирования разработан способ регулирования реактивной мощности в СЭС УОГ при пуске многополюсных АД с вентиляторной нагрузкой, обеспечивающий снижение тока источника электроснабжения без увеличения длительности пускового режима.
В экономическом разделе дипломного проекта произведен расчет экономической эффективности от внедрения частотно-регулируемого электропривода. Выгоды от внедрения оцениваются исходя из того, что в результате, уменьшается потребление электроэнергии. Экономический эффект мероприятия заключается в снижении затрат на электроэнергию.
В результате технико-экономических расчетов получили, что выгода от снижения потерь электроэнергии составит 87464240 р., чистый дисконтированный доход проекта больше 0, следовательно проект является эффективным, срок окупаемости проекта (3,12 года), меньше, чем срок эксплуатации проекта, индекс доходности (2,318), следовательно проект эффективен.
Проведено расчетно-теоретическое исследование переходных процессов при пуске многополюсных АД для привода вентиляторов ABO.
Установлено,что:
-кратность пускового тока многополюсного АД в значительной степени обусловлена реактивной составляющей, которая в течение большей части переходного процесса (для двигателя ВАСО мощностью 37 кВт составляющей примерно 15 с) превышает активную составляющую в 2,5 - 3 раза;
-угол установки лопастей и физические свойства охлаждаемого воздуха не оказывают существенного влияния на графики изменения электрических и электромагнитных величин в процессе пуска АД с вентиляторной нагрузкой.
Показано, что при ограничении тока источника питания за счет снижения напряжения питания или включения реактора в цепь статора двигателя не обеспечивается требуемое время восстановления технологического режима охлаждения газа после перерывов электроснабжения.
Были получены теоретические зависимости, характеризующие изменение тока в пусковом режиме при пуске многополюсных АД с вентиляторной нагрузкой, которые позволили выявить факторы, обеспечивающие уменьшение тока источника питания в динамических режимах, и сформулировать требования к структуре ЭТК УОГ.
По результатам моделирования разработан способ регулирования реактивной мощности в СЭС УОГ при пуске многополюсных АД с вентиляторной нагрузкой, обеспечивающий снижение тока источника электроснабжения без увеличения длительности пускового режима.
В экономическом разделе дипломного проекта произведен расчет экономической эффективности от внедрения частотно-регулируемого электропривода. Выгоды от внедрения оцениваются исходя из того, что в результате, уменьшается потребление электроэнергии. Экономический эффект мероприятия заключается в снижении затрат на электроэнергию.
В результате технико-экономических расчетов получили, что выгода от снижения потерь электроэнергии составит 87464240 р., чистый дисконтированный доход проекта больше 0, следовательно проект является эффективным, срок окупаемости проекта (3,12 года), меньше, чем срок эксплуатации проекта, индекс доходности (2,318), следовательно проект эффективен.
