Способ работы нефтеперекачивающей станции магистральных нефтепроводов и установка для его реализации Российский патент 2020 года по МПК F17D1/00 

Способ работы нефтеперекачивающей станции магистральных нефтепроводов с электроприводными нефтеперекачивающими насосами относится к области транспорта нефти по магистральным нефтепроводам и может быть применен как на эксплуатируемых, так и на строящихся нефтеперекачивающих станциях (НПС). Известен способ работы НПС, согласно которому электроснабжение электродвигателей нефтеперекачивающих насосов и агрегатов вспомогательного оборудования НПС производят электроэнергией из внешних высоковольтных электрических сетей. Для привода нефтеперекачивающих насосов на НПС обычно применяют нерегулируемые синхронные электродвигатели. Мощность необходимая для электроснабжения НПС составляет от 30 МВт до 110 МВт. (Меньшов Б.Г., Ершов М.С., Яризов А.Д. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности. М.: "Недра", 2000 г., стр. 322-326). Из-за тенденции периодического повышения тарифов на электроэнергию увеличиваются энергозатраты нефтеперекачивающих станций, что вызывает повышение себестоимости транспорта нефти. Кроме того, недостатками данного способа работы нефтеперекачивающей станции магистрального нефтепровода является необходимость ограничения числа пусков электродвигателей нефтеперекачивающих насосов, вследствие снижения их надежности в пусковых режимах из-за больших токовых и механических нагрузок.

Известна технологическая газотурбинная электростанция (патент РФ 2520214) включающая, по меньшей мере, две газотурбинные энергетические установки, содержащие компрессор, камеру сгорания, газовые турбины, электрогенераторы, теплообменный аппарат. Эта технологическая электростанция используется для выработки электроэнергии на компрессорных станциях магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами.

Известен способ управления режимом работы электродвигателей магистральных насосов нефтеперекачивающей станции при котором определяют суммарную мощность включенных электродвигателей, сравнивают ее с мощностью, определяемой по расходу нефти, группируют электродвигатели насосов по мощности в элементы прогрессии (А=1МВ⋅А, В=2МВ⋅А, …М=2ⁿМВ⋅А.), оставляя частотно-регулируемыми с преобразователями частоты только два элемента прогрессии А и В. (Патент РФ№2274943). Согласно этому способу в суммарную мощность всех работающих нефтеперекачивающих насосов НПС определяют в соответствии с текущим расходом (давлением) нефти и сравнивают с мощностью насосов при нормативном расходе нефти. При возникновении рассогласования контролируемой и заданной мощности изменяют число включенных групп частотно-регулируемых электродвигателей магистральных насосов. Использование частотных преобразователей позволяет изменять обороты и нагрузку насосных агрегатов и уменьшать затраты на электроэнергию потребляемую электроприводными насосами. Недостатками этого способа является питание электродвигателей нефтеперекачивающих насосов дорогой электроэнергией из внешних высоковольтных электрических сетей, а так же высокая стоимость мощных частотных преобразователей.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка способа работы нефтеперекачивающей станции магистральных нефтепроводов с электроприводными нефтеперекачивающими насосами, позволяющего снизить затраты на потребляемую электроэнергию, повысить надежность и экономичность нефтеперекачивающей станции, как на номинальных, так и на переменных режимах ее работы, снизить себестоимость транспорта нефти по магистральному нефтепроводу.

Поставленная задача решается за счет способа работы нефтеперекачивающей станции (НПС) магистральных нефтепроводов, содержащей две группы электроприводных нефтеперекачивающих насосов подключенных к внешней высоковольтной линии электропередачи, при этом нефтеперекачивающие насосы подразделяют на первую и вторую группы, мощность электродвигателей первой группы может регулироваться за счет изменения частоты электрического тока, а электродвигатели второй группы нефтеперекачивающих насосов питаются электроэнергией с постоянной частотой, причем нефтеперекачивающую станцию дополнительно снабжают, по меньшей мере, двумя дополнительными энергетическими газотурбинными установками каждая из них содержит компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор, теплообменник-утилизатор; и системой управления частотой электрического тока вырабатываемого первой энергетической газотурбинной установкой; топливом для газотурбинных установок является предварительно подготовленный попутный нефтяной газ; электрогенератор первой энергетической газотурбинной установки осуществляет электроснабжение электродвигателей первой группы нефтеперекачивающих насосов, как при работе НПС при номинальных, так и уменьшенных расходах перекачиваемой нефти; электрогенератор второй энергетической газотурбинной установки осуществляет электроснабжение электродвигателей второй группы нефтеперекачивающих насосов при постоянной частоте электрического тока и электроснабжение электрических собственных нужд НПС; теплоту выхлопных газов газотурбинных установок используют для подогрева нефти перекачиваемой по магистральному нефтепроводу; при изменении расхода перекачиваемой нефти с помощью системы управления изменяют частоту вращения электрогенератора первой энергетической газотурбинной установки и частоту вращения электродвигателей первой группы нефтеперекачивающих насосов; при значительном уменьшении расхода перекачиваемой нефти, часть нефтеперекачивающих насосов второй группы останавливают и избыточную электроэнергию, вырабатываемую электрогенератором второй энергетической газотурбинной установки подают во внешнюю высоковольтную электрическую сеть, при ремонте энергетических установок питание всех электродвигателей первой и второй групп нефтеперекачивающих насосов производят из внешней электрической сети; нефтеперекачивающая станция для реализации вышеуказанного способа работы, снабженная первой и второй группами нефтеперекачивающих насосов, а их электродвигатели связаны с внешней электрической сетью; электродвигатели первой группы имеют частотное регулирование причем на нефтеперекачивающей станции дополнительно применены две энергетические газотурбинные установки и устройство регулирования частоты электрического тока, генерируемого электрогенератором первой энергетической газотурбинной установки; электрогенератор первой энергетической установки связан через электрические выключатели с электродвигателями первой группы нефтеперекачивающих насосов, а электрогенератор второй энергетической газотурбинной установки связан через электрические выключатели с электродвигателями второй группы нефтеперекачивающих насосов, а так же с электрическими установками собственных нужд НПС и соединен через электрический выключатель с внешней линией электропередач, выхлопной тракт газотурбинных агрегатов соединен через утилизационные подогреватели нефти с атмосферой, вход магистрального нефтепровода связан через утилизационные подогреватели и нефтеперекачивающие насосы с электроприводом с выходом магистрального нефтепровода; при изменении расхода нефти в магистральном нефтепроводе, изменено число оборотов и частота электрического тока вырабатываемого электрогенератором первой энергетической газотурбинной установки; при значительном уменьшении расхода перекачиваемой нефти, отключены электрические выключатели у части нефтеперекачивающих насосов второй группы и они остановлены, избыточная электроэнергия, вырабатываемая электрогенераторами второй группы энергетических газотурбинных установок подана при постоянной частоте электрического тока во внешнюю электрическую сеть.

Предлагаемый способ позволяет:

при уменьшении расхода нефти в магистральном нефтепроводе производить частотное регулирование первой группы нефтеперекачивающих насосов;

- использовать в качестве топлива попутный нефтяной газ и производить подогрев перекачиваемой нефти за счет утилизации теплоты уходящих газов энергетических газотурбинных установок, что позволяет снизить себестоимость транспорта нефти;

- электроснабжение нефтеперекачивающих насосов и электрических собственных нужд НПС за счет электроснабжения от дополнительно установленных энергетических газотурбинных установок повышает надежность работы нефтеперекачивающей станции и снижаются затраты на электроснабжение за счет отказа от потребления дорогой электроэнергии из внешних высоковольтных электрических сетей;

- реализовать избыточную электроэнергию, вырабатываемую электрогенераторами газотурбинных агрегатов.

Для реализации предлагаемого способа нефтеперекачивающая станция магистрального нефтепровода, содержащей две группы электроприводных нефтеперекачивающих насосов, подключенных к внешней высоковольтной линии электропередачи снабжается, по меньшей мере, двумя дополнительными энергетическими газотурбинными установками, тепловая схема представлена на Фиг. 1. Она включает: магистральный нефтепровод 1, первую энергетическую газотурбинную установку 2, тепловые утилизаторы 3, вторую энергетическую газотурбинную установку 4, электродвигатели нефтеперекачивающих насосов первой группы 5, электрический выключатель подвода электроэнергии из внешней электрической сети к первой группе нефтеперекачивающих насосов 6, электродвигатели нефтеперекачивающих насосов второй группы 7, электрические выключатели подвода электроэнергии от электрогенераторов первой и второй энергетических газотурбинных установок 8, электрический выключатель подвода электроэнергии из внешней электрической сети 9, выходной магистральный нефтепровод 10, внешняя линия электропередачи 11, электрические установки собственных нужд НПС 12, система управления частотой электрического тока 13 генерируемого первой энергетической газотурбинной установкой 2.

Магистральный нефтепровод 1 связан с тепловыми утилизаторами и через нефтеперекачивающие насосы первой и второй групп, а также с выходным магистральным нефтепроводом 10. Электрогенераторы первой 2 и второй 4 энергетических газотурбинных установок соединены электрическими линиями через электрические выключатели 8 с электродвигателями 5 первой группы и электродвигателями 7 второй группы нефтеперекачивающих насосов. Внешняя электрическая сеть 11 через электрический выключатель 9 соединена с электрическими установками собственных нужд НПС 12, система управления частотой электрического тока 13 связана импульсными линиями с магистральным нефтепроводом 1 и с первой энергетической газотурбинной установкой 2.

Нефтеперекачивающая станция снабженная, по меньшей мере, двумя дополнительными энергетическими газотурбинными установками, реализующая предлагаемый способ, работает следующим образом. Нефть из магистрального нефтепровода 1 подогревают в тепловых утилизаторах 3 теплом выхлопных газов энергетических газотурбинных установок 2 и 4, повышают напор в нефтеперекачивающих насосах первой и второй групп приводимых синхронными электродвигателями 5 и 7. Подвод к этим электродвигателям электроэнергии вырабатываемой электрогенераторами первой 2 и второй 4 энергетических газотурбинных установок производят по электрическим линиям через электрические выключатели 8. При снижении расхода нефти через магистральный нефтепровод 1 первая энергетическая газотурбинная установка 2 с помощью системы управления частотой электрического тока 13 уменьшают расход топливного газа в камеру сгорания первой энергетической газотурбинной установки, снижают ее мощность, число оборотов ее электрогенератора и частоту вырабатываемого электрического тока и электроэнергия от него подается с пониженной частотой к электродвигателям 5 первой группы нефтеперекачивающих насосов, при разомкнутом электрическом выключателе 6. Вторая энергетическая газотурбинная установка 4 работает с подачей электроэнергии от ее электрогенератора с частотой 50 Гц к электродвигателям 7 второй группы нефтеперекачивающих насосов и осуществляют электроснабжение электрических собственных нужд НПС. При значительном уменьшении расхода нефти, часть нефтеперекачивающих насосов второй группы остановлена и избыточную электроэнергию, выработанную второй энергетической газотурбинной установкой, подают через замкнутый электрический выключатель 9 во внешнюю электрическую сеть. Электродвигатели 5 первой группы и 7 второй группы нефтеперекачивающих насосов снабжают электроэнергией из внешней электрической сети 11 в случаях, когда энергетические газотурбинные установки 2 и 4 отключены и находятся в ремонте.

Группа изобретений относится к области транспорта нефти по магистральным нефтепроводам и может быть применена как на эксплуатируемых, так и на строящихся нефтеперекачивающих станциях (НПС). В предлагаемом способе работы НПС с двумя группами электроприводных нефтеперекачивающих насосов дополнительно применяют две энергетические газотурбинные установки, использующие в качестве топлива переработанный попутный нефтяной газ. Электрогенератор первой энергетической установки используется для привода электрогенератора электродвигателей первой группы нефтеперекачивающих насосов. Вторая энергетическая газотурбинная установка осуществляет привод электрогенератора электродвигателей второй группы нефтеперекачивающих насосов при постоянной частоте тока, а также производит электроснабжение электрических собственных нужд НПС. В камеры сгорания этих установок подается предварительно подготовленный попутный нефтяной газ. Энергию уходящих газов газотурбинных установок используют для подогрева перекачиваемой нефти. При снижении расхода нефти в магистральном нефтепроводе уменьшают мощность первой энергоустановки, число оборотов электрогенератора и частоту электрического тока и число оборотов нефтеперекачивающих насосов первой группы. При значительном изменении расхода нефти останавливают часть насосов второй группы и подают избыточную электроэнергию от генератора второй энергетической газотурбинной установки во внешнюю электрическую сеть. Применение энергетических газотурбинных установок позволяет отказаться от использования дорогой внешней электроэнергии и обеспечивает снижение себестоимости транспорта нефти по магистральному нефтепроводу. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ работы нефтеперекачивающей станции (НПС) магистральных нефтепроводов, содержащей две группы электроприводных нефтеперекачивающих насосов, подключенных к внешней высоковольтной линии электропередачи, при этом нефтеперекачивающие насосы подразделяют на первую и вторую группы, мощность электродвигателей первой группы может регулироваться за счет изменения частоты электрического тока, а электродвигатели второй группы нефтеперекачивающих насосов питаются электроэнергией с постоянной частотой, отличающийся тем, что нефтеперекачивающую станцию дополнительно снабжают, по меньшей мере, двумя дополнительными энергетическими газотурбинными установками, каждая из них содержит компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор, теплообменник-утилизатор, и системой управления частотой электрического тока, вырабатываемого первой энергетической газотурбинной установкой, топливом для газотурбинных установок является предварительно подготовленный попутный нефтяной газ, электрогенератор первой энергетической газотурбинной установки осуществляет электроснабжение электродвигателей первой группы нефтеперекачивающих насосов как при работе НПС при номинальных, так и уменьшенных расходах перекачиваемой нефти, электрогенератор второй энергетической газотурбинной установки осуществляет электроснабжение электродвигателей второй группы нефтеперекачивающих насосов при постоянной частоте электрического тока и электроснабжение электрических собственных нужд НПС, теплоту выхлопных газов газотурбинных установок используют для подогрева нефти, перекачиваемой по магистральному нефтепроводу, при изменении расхода перекачиваемой нефти с помощью системы управления изменяют частоту вращения электрогенератора первой энергетической газотурбинной установки и частоту вращения электродвигателей первой группы нефтеперекачивающих насосов, при значительном уменьшении расхода перекачиваемой нефти часть нефтеперекачивающих насосов второй группы останавливают и избыточную электроэнергию, вырабатываемую электрогенератором второй энергетической газотурбинной установки, подают во внешнюю высоковольтную электрическую сеть, при ремонте энергетических установок питание всех электродвигателей первой и второй групп нефтеперекачивающих насосов производят из внешней электрической сети.

2. Нефтеперекачивающая станция для реализации способа по п. 1, снабженная первой и второй группами нефтеперекачивающих насосов, а их электродвигатели связаны с внешней электрической сетью, электродвигатели первой группы имеют частотное регулирование, отличающаяся тем, что на нефтеперекачивающей станции дополнительно применены две энергетические газотурбинные установки и устройство регулирования частоты электрического тока, генерируемого электрогенератором первой энергетической газотурбинной установки, электрогенератор первой энергетической установки связан через электрические выключатели с электродвигателями первой группы нефтеперекачивающих насосов, а электрогенератор второй энергетической газотурбинной установки связан через электрические выключатели с электродвигателями второй группы нефтеперекачивающих насосов, а также с электрическими установками собственных нужд НПС и соединен через электрический выключатель с внешней линией электропередач, выхлопной тракт газотурбинных агрегатов соединен через утилизационные подогреватели нефти с атмосферой, вход магистрального нефтепровода связан через утилизационные подогреватели и нефтеперекачивающие насосы с электроприводом с выходом магистрального нефтепровода, при изменении расхода нефти в магистральном нефтепроводе изменены число оборотов и частота электрического тока, вырабатываемого электрогенератором первой энергетической газотурбинной установки, при значительном уменьшении расхода перекачиваемой нефти отключены электрические выключатели у части нефтеперекачивающих насосов второй группы и они остановлены, избыточная электроэнергия, вырабатываемая электрогенераторами второй группы энергетических газотурбинных установок, подана при постоянной частоте электрического тока во внешнюю электрическую сеть.