Введение 8
1 Технология откачки ПНГ 10
1.1 Обзор электропривода насосного агрегата в применяемой технологии 12
1.2 Установка электроцентробежного насоса 13
1.3 Разработка кинематической схемы электропривода УЭЦН 15
2 Расчет и выбор основного силового оборудования регулируемого
электропривода 21
2.1 Расчет и выбор ЭЦН 21
2.2 Расчет и выбор погружного электродвигателя 22
2.3 Расчет и выбор типа сечения кабеля 23
2.4 Расчет и выбор станции управления 24
2.5 Расчет аппаратов защиты 27
2.6 Принципиальная электрическая схема управления ПЭД 27
3 Расчет статических и динамических характеристик для разомкнутой
системы электропривода 29
3.1. Расчет естественных электромеханической и механической характеристик электропривода 29
3.2 Расчет механической характеристики производственного механизма .. 36
3.3 Расчет искусственных характеристик системы
«преобразователь- двигатель» 37
3.3.1 Расчет и построение искусственных характеристик системы преобразователь-двигатель с IR-компенсацией 40
4 Моделирование частотно-регулируемого асинхронного электропривода со
скалярным управлением в имитационной среде Matlab Simulink 44
4.1 Имитационная модель силового канала электропривода 44
4.2 Настройка модуля компенсации скольжения 52
4.3 Настройка модуля IR-компенсации 55
4.4 Ограничение тока электродвигателя 57
4.5 Сравнение энергетических показателей частотно -регулируемого
электропривода 59
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ... 64
5.1 Планирование работ технического проекта 64
5.1.1 Смета затрат на научное исследование 66
5.1.2 Материальные затраты 66
5.1.3 Затраты на амортизацию 66
5.1.4 Основная заработная плата исполнителей темы 67
5.1.5 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) 68
5.1.6 Прочие затраты 69
5.1.7 Накладные расходы 69
5.2 Определение экономической эффективности проекта 70
6 Социальная ответственность 72
6.1 Анализ выявленных вредных факторов 72
6.1.1 Микроклимат 72
6.1.2 Шум и вибрация 74
6.1.3 Вредные вещества 75
6.1.4 Анализ выявленных опасных факторов 76
6.1.5 Экологическая безопасность 82
6.1.6 Защита в чрезвычайных ситуациях 83
6.2 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 83
6.2.1 Организация рабочего места 84
Заключение 86
Публикации 88
Список использованных источников 89
Приложение 1 91
Приложение 2 92
Приложение 3 100
Целью данной работы является проведение расчета и исследование режимов работы электропривода насосного агрегата для откачки попутного нефтяного газа.
В процессе исследования использовались как специальное программное обеспечение (MATLAB Simulink, Mathcad), так и стандартные программы (Microsoft Office).
В результате исследования были осуществлены расчет и имитационное моделирование погружного электродвигателя, преобразователя частоты, механической системы электропривода, предельных характеристик, произведен выбор электрического оборудования, соответствующий условиям технического задания.
В организационно - экономической части выполнено планирование проектных работ, расчет сметы затрат на проектирование. С позиции финансовой и ресурсной эффективности выбран рациональный вариант решения поставленной в магистерской работе технической задачи.
В разделе производственной и экологической безопасности рассмотрены техника безопасности, производственная санитария, пожарная безопасность технологического процесса.
Выпускная квалификационная работа оформлена в текстовом редакторе Microsoft Office Word 2013 и представлена в распечатанном виде на листах формата А4.
Введение
Попутный нефтяной газ (ПНГ) - смесь различных газообразных углеводородов, растворенных в нефти которые выделяются в процессе добычи и перегонки [1]. Технология откачки ПНГ, на сегодняшний день, является весьма актуальной задачей, способствующей решению проблемы утилизации ПНГ, помимо этого она позволяет понизить давление в затрубном пространстве скважины, тем самым повышая приток скважинной продукции [2].
Электропривод - это электромеханическая система, состоящая из преобразователей электроэнергии, электромеханических и механических преобразователей, управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения с внешними электрическими, механическими, управляющими и информационными системами, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса. Современный этап развития привода характеризуется массовым переходом от нерегулируемого электропривода к регулируемому [12].
Насосы и насосное оборудование являются неотъемлемой частью производства в нефтедобывающей отрасли. По объемам добычи нефти наиболее широко зарекомендовала себя установка электроцентробежного насоса (УЭЦН). Электромеханическим преобразователем в данной установке служит погружной асинхронный электродвигатель. Однако, эффективное управление ими представляет собой довольно сложную задачу и требует создания специальных систем управления [3].
Автоматизация управления позволяет осуществлять регулирование скорости при заданной программе в функции пути, времени или нагрузки, регулирование ускорения и замедления, перераспределение нагрузки, точную остановку, защиту от перегрузки, разноса, неправильного начального положения и т.п. Применение автоматизации (даже частичной) увеличивает
надёжность и точность работы электропривода, повышает
производительность машин в целом [12].
При использовании регулируемых электроприводов решается задача поддержания определенного значения технологического параметра, например, регулирование подачи скважинной продукции в насосных установках.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка регулируемого электропривода погружного насосного агрегата, удовлетворяющего техническим условиям и требованиям.
В данной выпускной квалификационной работе был спроектирован и исследован регулируемый электропривод погружного насосного агрегата, применяемый для откачки попутного нефтяного газа. В нашем случае разработанная система применена для управления установкой электроцентробежного насоса, электромеханическим преобразователем в которой является асинхронный погружной электродвигатель.
Произведен расчет и выбор силового оборудования системы регулируемого электропривода, построены статические и динамические характеристики для системы преобразователь-двигатель.
Расчет характеристик электропривода был подтвержден данными полученными при имитационном моделировании в программной среде Matlab Simulink. После чего были внесены дополнительные настройки и проведены исследования, которые показали высокую надежность и энергоэффективность разработанного электропривода.
Применение частотно-регулируемого электропривода в технологии откачки попутного нефтяного газа и эксплуатации скважины, позволяет повысить эффективность работы установки электроцентробежного насоса. Электродвигатели, управляемые частотными преобразователями, менее подвержены аварийным режимам работы, возникающих в следствии перегрузок, так как переходные процессы при пуске и работе под нагрузкой протекают наиболее плавно по сравнению с двигателями, пуск которых осуществляется напрямую.
Проведенные исследования показали, что для выполнения одной и той же задачи регулируемый электропривод потребляет на 40% меньше электроэнергии чем электропривод, пуск которого осуществляется напрямую.
В результате проделанной работы была получена система регулируемого электропривода погружного насосного агрегата для откачки попутного нефтяного газа, которая удовлетворяет техническому заданию и может найти применение в реальных проектах, которые направлены на решение такой проблемы, как утилизация ПНГ и откачки скважинной продукции с помощью УЭЦН.
В разделе финансового менеджмента и ресурсоэффективности были выполнены расчеты затрат на проектирование в соответствии с графиком выполнения проектных работ. Расчет по определению экономической эффективности и срока окупаемости проекта дал положительный результат. Проект, ориентировочной стоимость в 178 млн. рублей, окупится за 6 лет без учета прибыли от утилизации попутного нефтяного газа.
В разделе социальной ответственности был произведен анализ возможных вредных и опасных факторов, а также разработаны способы их устранения. Без внимания не остались чрезвычайные ситуации. Были рассмотрены наиболее вероятные ЧС, которые могут возникнуть в результате эксплуатации установки электроцентробежного насоса. Рассчитан контур заземления здания для защиты от аварий в питающей сети, с помощью которого удастся предотвратить поражение электрическим током рабочего персонала и снизить риск возникновения возгораний.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
