Тема: Реконструкция электропривода механизма буровой установки

В настоящее время нефтегазовая промышленность, а особенно электробурение, являются весьма энергоемкими отраслями, причем основной объем электроэнергии потребляют привод буровых насосов и лебедок. Значительный рост стоимости электроэнергии, получаемой от источников централизованного электроснабжения, и стоимости линий электропередачи, а также наметившиеся тенденции перехода к автономному энергоснабжению с источниками ограниченной установленной мощности выводят на первый план задачи энергосбережения.
При бурении в нефтяной и газовой промышленности эти задачи успешно решаются применением регулируемого электропривода.
Основные механизмы буровой установки должны быть оснащено частотно- регулируемыми приводами и современными системами автоматического регулирования (САР), которые вместе с системой автоматического управления (АСУ) позволяют установке наиболее полно соответствовать современным требованиям технологии бурения.
В данном дипломном проекте я произвожу замену релейно - контакторной системы на систему ПЧ -АД, так как релейно-контакторные системы управления, несмотря на их широкое распространение, обладают существенными недостатками, обусловленными в первую очередь тем, что аппараты управления имеют движущиеся части и подвижные замыкающие и размыкающие контакты. Контакты и подвижные части довольно быстро изнашиваются, что приводит к нарушению соединения между контактами и выходу из строя некоторых аппаратов и всей схемы управления. Особенно сильно недостатки релейноконтакторных систем проявляются при автоматизации сложных технологических процессов, поточных линий и т. п., где используются сотни, а иногда и тысячи контакторов, реле, путевых выключателей и др. Вероятность нарушения контактов становится весьма существенной и работа системы — ненадежной.
Частотно - регулируемый привод состоит из электродвигателя и преобразователя частоты. Двигатель приводит в движение исполнительные агрегаты технологического механизма, преобразуя электрическую энергию в механическую. Наиболее часто в состав электропривода буровых установок входит асинхронный электродвигатель. Основным недостатком асинхронного двигателя является сложность регулирования его скорости вращения. Для плавного регулирования скорости вращения необходимо изменение частоты источника питания. Эту функцию выполняет специальное электронное устройство - преобразователь частоты.
Частотно - регулируемый привод является основой энергосберегающих систем и применяется там, где технологический процесс требует изменения скорости вращения механизмов в широком диапазоне, поддержание стабильности параметров, обеспечения синхронной работы нескольких приводов. Частотно - регулируемый привод, обладая высокими динамическими характеристиками, легко встраивается в современные системы автоматизации и контроля. Частотное регулирование эффективно применяется на буровых установках.
Буровая установка состоит из следующих элементов:
а) комплекта спуско - подъемного оборудования (вышка, лебедка, талевая система);
б) оборудование для обращения бурильной колонны (ротор, вертлюг);
в) комплекта оборудования и емкостей для промывания буровых скважин; (буровые насосы, блок очистки промывальной жидкости, промежуточные емкости, приемочные емкости буровых насосов);
г) силовые привода (двигатели внутреннего сгорания, электродвигатели и др.);
д) блока приготавливания промывальной жидкости.
Данный дипломный проект посвящен модернизации электропривода буровой лебедки БУ 4500/270 ЭК-БМ, поэтому все соотношения и расчеты далее по тексту посвящены только электроприводу лебедки.
Исходя из назначения, функций и условий эксплуатации к буровым лебед кам предъявляют следующие требования:
а) кинематическая схема лебедки и выбранные соотношения скоростей должны обеспечивать наиболее рациональное использование установленной мощности привода. При этом коэффициент полезного действия агрегата в целом должен иметь высокое значение;
б) для подъема ненагруженного элеватора в каждой лебедке необходимо предусмотреть независимую повышенную скорость на подъемном валу;
в) тормозная система должна быть надежной в эксплуатации. Каждую лебедку следует оснащать двойной тормозной системой;
г) необходимо, чтобы скорости лебедки включались при помощи муфт фрикционною типа оперативно, легко и плавно;
д) для подъема ненагруженного устройства лебедки должны иметь независимую повышенную скорость. Переключение с любой из скоростей на повышенную скорость «холостого» подъема должно происходить быстро, легко и плавно, что достигается установкой двойной цепной передачи для привода подъемного вала. Поочередное включение одной из этих передач производится с помощью оперативных фрикционных муфт, которыми управляют с пульта бурильщика. В процессе подъема колонн переменной массы скорости в коробке передач переключаются периодически. Большинство лебедок нс имеет оперативного управления скоростями;
с) лебедки должны иметь достаточно мощный привод и надежную тормозную систему для поглощения энергии спуска колонн, так как бурильная колонна из скважины поднимается при больших затратах мощности, а спускается под действием собственного веса. В процессе подъема бурильной колонны се вес (нагрузка на крюке) постепенно уменьшается и соответственно снижается затрата мощности привода. Для увеличения степени загрузки двигателей привода рационально повышать скорость подъема колонны. Таким образом, с целью обеспечения высокого коэффициента использования мощности привода лебедки должны быть многоскоростными. Так же планируется изучение оцско - экономических показателей предложенной системы и проверка удовлетворения требованиям безопасности и экологичности проекта.
Купить

В результате выполненного проекта епроектирована современная система электропривода «Преобразователь Частоты - Асинхронным Двигатель», управляемая с помощью системы высшего уровня - контроллера.
На основании требований, предъявляемых к электроприводу технического задания была разработана структурная схема системы электропривода, а затем качественный выбор се основных элементов.
Механизм подъема буровой лебедки приводиться в движение асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором серии AFD432LC6 (ООО «КранРос»). Выбор двигателя произведен на основании расчетов моментов статических сопротивлений и расчета мощности, с дальнейшей проверкой по нагреву и производительности. Параметры выбранного двигателя аналогичны с нынешнем двигателем находящегося на производстве.
В качестве системы управления электроприводом был выбран преобразователь частоты типа ACS800-07-1500-7. Данный преобразователь обеспечивает плавный разгон, торможение двигателя, изменением частоты, величины напряжения и порядка чередования фаз выходного напряжения. На основе выбранного оборудования разработана принципиальная электрическая схема.
Управление преобразователем частоты, диагностика и обработка сигналов состояния преобразователей частоты и параметров работы механизмов буровой лебедки реализовано на основе программируемого логического контролера Simatic S7-300. Применение данного программируемого контроллера позволяет контролировать процесс работы и сократить время на поиск неисправностей. Выбор ПЛ К произведен на основании технике - экономических параметрах. Связь между преобразователями частоты и контроллером осуществляется гго сети Profibus DP.
Безопасное обслуживание и эксплуатация достигается соблюдением всех норм техники безопасности, представленных в разделе техники безопасности (Проектирование велось с учетом ПУЭ, ПБ и ГОСТ). Были обеспечены все виды необходимых защит, контроль изоляции зануления и заземления.
В экономической части дипломного проекта выполнен расчет затрат на проектирование и монтаж механизма буровой лебедки, что составило: 2 756 123, 5 рублей.
Купить