Плавная регулировка мощности насоса

Плавная регулировка мощности насоса

Заказчик: ОАО «Оренбургнефть»

Объект: Добывающие скважины Пронькинского месторождения ЦДНГ№1 ОАО «Оренбургнефть»

Описание технологического объекта

Применение штанговых глубинных насосов является основным методом при механизированной добыче нефти на месторождениях с высокой степенью выработки. При этом возвратно-поступательное вертикальное движение насоса в призабойной зоне скважины осуществляется через колонну штанг наземным приводным механизмом, наиболее распространенными типами которого на сегодняшний день являются балансирные станки-качалки, качалки с цепным приводом, а также гидравлический привод.

Гидравлический привод штангового насоса представляет собой гидроцилиндр, соединенный с устьевым штоком скважинного насоса, и гидростанцию с интеллектуальной системой управления, которая управляет подачей гидравлического масла под давлением в рабочую полость гидроцилиндра для приведения в движение колонны штанг. Конструкция гидропривода с интеллектуальной системой управления позволяет операторам-технологам устанавливать оптимальную производительность ШГН в широком диапазоне регулировок (длина хода цилиндра, количество качаний в минуту), тем самым обеспечивая высокий дебит нефти со скважины.

Требования к системе автоматизации

В настоящее время к станциям управления ШГН предъявляются достаточно широкие функциональные требования:

• Обеспечение автоматического пуска ШГН с выходом на заданный рабочий режим.
• Возможность плавной регулировки производительности ШГН (числа качаний в минуту).
• Снятие и анализ динамограмм (диаграмма нагрузки на штоке колонны штанг). Возможность их архивирования с заданной периодичностью.
• Обеспечение удаленного доступа к параметрам станции управления из центральной диспетчерской НГДУ.
• Ведение локальных архивов событий и нештатных ситуаций.
• Контроль и защита оборудования ШГН при обнаружении предаварийных ситуаций.

Структура и характеристики системы автоматизации

Система управления гидропривода ШГН состоит из шкафа управления с контроллером, сенсорной панелью оператора и преобразователем частоты с коммутационной аппаратурой.

Сигналы от контрольно-измерительных приборов, установленных на гидроцилиндре и маслостанции, поступают в программируемый логический контроллер FX3G, который на основании обработанных данных производит расчет, регистрацию и архивирование параметров работы установки, отрабатывает алгоритмы защитных блокировок, выполняет построение и архивирование динамограммы. Достижение требуемой производительности ШГН (количество качаний в минуту) осуществляется путем плавного регулирования оборотами асинхронного двигателя главного маслонасоса при помощи преобразователя частоты серии FR-A741-55кВт. Шкаф управления оснащен сенсорной панелью оператора серии GT14, при помощи которой возможно по месту осуществлять контроль за работой установки, просматривать динамограммы, снимать на USB-накопитель архивные данные. Система управления имеет возможность передачи данных по протоколу Modbus в АСУТП нефтепромысла.

Основные функции системы управления:

• Обеспечение требуемого количества качаний в минуту путем плавной регулировки производительности насоса гидросистемы при помощи преобразователя частоты.
• Построение, отображение и архивирование динамограмм по показаниям датчика давления масла и сигналов от концевиков гидроцилиндра.
• Расчет и архивирование основных технологических параметров работы скважины (расчетный дебит, кол-во качаний, моточасов).
• Управление работой системы подогрева масла при необходимости работы при низкой температуре окружающей среды.
• Обеспечение защитных блокировок для предотвращения заклинивания колонны штанг, от превышения пороговых значений в гидросистеме.
• Передача информации в систему диспетчеризации нефтепромысла.

Отличительные особенности

Исходя из конструкции гидропривода ШГН, во время цикла опускания штока гидроцилиндра под действием сил тяжести, действующих на колонну штанг, электродвигатель главного насоса гидросистемы переходит в генераторный режим и начинает возвращать электроэнергию в преобразователь частоты. Благодаря тому, что в системе управления используется преобразователь частоты серии FR-A741 со встроенным звеном рекуперации, данная электроэнергия возвращается обратно в сеть и перераспределяется на другие потребители. При этом отпадает необходимость рассеивать электроэнергию на тормозных резисторах, а эффект энергосбережения может достигать до 40 %.

Эффект от внедрения системы

Благодаря внедрению системы управления гидроприводом на базе контроллера FX3G, разработанной компанией ООО «Интеллектуальный дом», специалисты заказчика получили возможность эксплуатировать фонд скважин в оптимальном с технологической точки зрения режиме. При этом регулировка числа качаний в минуту осуществляется оперативно как по месту через сенсорную панель оператора, так и удаленно через систему диспетчеризации. Применение рекуперативного преобразователя частоты FR-A741 в системе управления гидросистемой позволило получить эффект по энергосбережению до 40 % по сравнению с обычными балансирными станками-качалками, работающими в периодическом режиме эксплуатации.

УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОКОТЛА ЭВАН NEXT- 14 кВт

1 — котел;
2 — входной патрубок;
3 — выходной патрубок;
4 — датчик терморегулятора;
5 — датчик термовыключателя;
6 — блок ТЭН;
7 — панель установочная;
8 — зажим заземления;
9 — кронштейн верхний;
10 — кронштейн нижний;
11 — реле коммутации;
12 — предохранитель циркуляционного насоса;
13 — зажим винтовой;
14 — панель управления;
15 — выключатели;
16 — терморегулятор

ТЭНы котла ЭВАН NEXT , как и всех без исключения электрокотлов ЭВАН, сделаны из нержавеющей стали, что повышает срок их службы. Кроме того, в котлах ЭВАН NEXT реализована блочная конструкция ТЭН на резьбовом соединении, что позволяет существенно упростить его замену.

Для работы в системах с принудительной циркуляцией электроотопительный котел ЭВАН NEXT имеет колодку для подключения циркуляционного насоса . Электрокотел ЭВАН Next – экономичный, эргономичный, легкий в монтаже и управлении котел для использования в качестве основного источника тепла в жилых домах, дачах, небольших административных и складских помещениях. Надежность оборудования в совокупности с невысокой ценой представляют агрегат, уникальный в своем классе.

Серия SDP

Не уступают по производительности и популярности насосы дренажные Karcher SDP, перекачивающие от 5 до 18 тысяч литров в час. Особенность — автоматическое включение при контакте с водой. Защита от сухой работы также осуществляется при помощи регулируемого поплавка. Отличительные черты — корпус увеличенной прочности и керамико-графитовый сальник в масляной ванне. Предназначены для откачки жидкости с содержанием взвесей до 20 мм.

Как определить КПД циркуляционного насоса

Наилучший коэффициент полезного действия обычно находится примерно на половине его характеристик. К примеру, если в паспорте насоса указано, что он способен создать напор 7 метров, а максимальная производительность составляет 25 кубических метров в час, то максимального КПД можно добиться при расходе 12,5 кубометров в час и напоре на уровне 3,5 метра. Дальнейшее повышение любой из этих характеристик будет снижать второй показатель. При максимальном напоре расход станет нулевым и наоборот, соответственно, и КПД в крайних точках будет приближаться к нулю.

К примеру, если вы проектируете систему отопления для дачи, основанную на коллекторной схеме с 10 радиаторами, мощность каждого из которых составляет 1000 Вт, то с прокачкой теплоносителя вполне справится циркуляционный насос Grundfos UPS 25-40. Для надежности можно подобрать более мощное устройство, а оптимальную рабочую точку можно будет подобрать, регулируя скорость насоса (большинство современных моделей оснащено регулятором).

Управление системой отопления и контроль температуры

Регулирование скорости циркуляции – основной способ управлять мощностью, передаваемой в контур системы. Такой способ обеспечивает наибольшую экономию при обустройстве системы отопления, независимо от выбранного источника тепловой энергии. Для кольцевой системы с несколькими контурами в каждый контур необходимо установить отдельный насос. Данный подход обеспечит максимальную гибкость при управлении температурой в разных помещениях.

Насосы могут оснащаться одним из двух типов регуляторов:

1. Ступенчатый (чаще всего на 3 позиции).

2. Плавный.

Насосы со ступенчатым регулятором не имеют возможности автоматизированного переключения режимов. Вся автоматизация сводится к включению и выключению устройства. Насосы с плавной регулировкой производительности обеспечивают больше возможностей для автоматизации. Кроме того, второй тип насосов позволяет наиболее точно подобрать рабочую точку, обеспечив максимальный КПД насоса и оптимальную эффективность всей системы отопления.

Система частотного регулирования на все насосы предназначена для контроля и управления стандартными асинхронными злектродвигателями насосов одного типоразмера в соответствии с внешними сигналами управления. Данная система управления предусматривает возможность управления от одного до шести насосов.

Принцип работы частотного регулирования на все насосы:

1. контроллер запускает в работу преобразователь частоты, изменяя частоту вращения электродвигате- ля насоса в соответствии с показаниями датчика давления на основе ПИД-регулирования;

2. в начале работы всегда запускается один частотно-регулируемый насос;

3. производительность повысительной установки меняется взависимости от потребления путем включения/выключения требуемого числа насосов и параллельной регулировки насосов, находящихся в эксплуатации.

4. если заданное давление не достигнуто, и один насос работает на максимальной частоте, то через определенный промежуток времени контроллер включит дополнительный преобразователь частоты в работу, и насосы синхронизируются по частоте вращения (насосы в эксплуатации работают с равной частотой вращения).

И так до тех пор, пока давление в системе не достигнет заданного значения. При достижении заданного значения давления, контроллер начнет снижать частоту всех работающих преобразователей частоты. Если в течение определенного времени частота преобразователей держится ниже заданного порога, будет произведено отключение дополнительных насосов поочередно через определенные промежутки времени.

Для выравнивания ресурса электродвигателей насосов по времени реализована функция смены последовательности включения и выключения насосов. Также предусмотрено автоматическое включение резервных насосов в случае выхода из строя рабочих. Выбор количества рабочих и резервных насосов производится на панели контроллера. Преобразователи частоты, кроме регулирования, обеспечивают плавный пуск всех электродвигателей, так как подключены непосредственно к ним, что позволяет избежать применения дополнительных устройств плавного пуска, ограничить пусковые токи злектродвигателей и увеличить эксплуатационный ресурс насосов за счет уменьшения динамических перегрузок исполнительных механизмов при пуске и останове злектродвигателей.

Для систем водоснабжения это означает отсутствие гидроударов при пуске и останове дополнительных насосов.

Для каждого электродвигателя преобразователь частоты позволяет реализовать:

1. регулирование частоты вращения;
2. защиту по перегрузу, торможение;
3. мониторинг механической нагрузки.

Мониторинг механической нагрузки.
Данный набор возможностей позволяет избежать применения дополнительного оборудования.

Общая характеристика — циркуляционный насос Wilo Yonos PICO-STG 15/1-13-130 с мокрым ротором

Циркуляционный насос Wilo Yonos PICO-STG 15/1-13-130 с мокрым ротором применяется в первичных контурах солнечных и геотермических установок. Модель крепится за счет резьбового соединения, функционируя при помощи электро-коммутируемого двигателя, который устойчив к блокировкам тока. Насос обладает широким функциональным разнообразием и встроенным электронным регулированием мощности, для плавной регулировки перепада давления.

Компактная форма насоса в несколько раз упрощает процесс установки и ввода в эксплуатацию.

Номинальная рабочая температура циркуляционного насоса Wilo Yonos PICO-STG 15/1-13-130 от 0°C до + 110°C . Насос работает от сети бесперебойного питания в 230 В и 50 Гц.

Класс защиты насоса – IPX4D. Максимальное рабочее давления 10 бар.

Модель отвечает высоким показателям европейского качества и идет с гарантией от завода изготовителя.

Выбор модели циркуляционного насоса

Тип: сухой или мокрый ротор

Принципиально выделяют два типа моделей: с сухим и мокрым ротором. В первом случае в жидкость погружается только крыльчатка насоса. Во втором — весь ротор.

Модели с сухим ротором имеют

Имеют высокий КПД до 80% и более. Они экономичнее конкурентов с мокрым ротором, потому что испытывают меньшее сопротивление вращению.

Стоят дешевле. Конструктивно эти модели проще, следовательно, себестоимость производства ниже.

Пожалуй, на этом их преимущества заканчиваются, а вот список ограничений больше:

Модели с сухим ротором требуют регулярного обслуживания.

Во время работы они издают достаточно заметный шум. Но если установить циркуляционный насос в отдельной необитаемой комнате, рядом с котлом, то этот фактор незначителен.

Срок службы ограничен 3-5 годами.

Плюсы моделей с мокрым ротором:

Практически не шумят. Поскольку ротор вращается в жидкости, то шум гасится эффективнее, чем в воздушной среде. Хорошо подходят для установки в жилых помещениях.

Не требуют обслуживания. Охлаждение электродвигателя осуществляется за счет жидкости. Это обеспечивает долгий срок эксплуатации прибора без замены и ремонта.

Модели с мокрым ротором служат 8-10 лет.

Производительность и напор

В циркуляционных насосах обе характеристики: производительность (обозначается Q) и напор (обозначается H), связаны между собой обратной функциональной зависимостью. Она приводится в виде графика в инструкции к прибору. Для примера приведем характеристики для серии циркуляционных насосов Wilo-Star-RS.

Чем на большую высоту нужно подавать теплоноситель, тем меньше максимальная производительность, и наоборот.

В интернете можно найти готовые таблицы для расчета требуемой производительности модели для типовых схем систем отопления. Для приблизительных расчетов можно пользоваться формулой: 10 метров горизонтальной трубы скрадывают 1 метр напора.

Брать модель с значительным запасом мощности не рекомендуется. Это обернётся повышенными затратами на электричество. Недооценка мощности влечет снижение эффективности системы отопления. В частных домах редко требуются модели с напором более 8 метров.

В линейке моделей Wilo и других производителей, имеющих регулировку мощности, напор указывается диапазоном. Например, 1-3 метра — для небольших 1-2 этажных зданий, 4-6 метра — для трехэтажных и так далее.

Интеграция с домашней автоматикой

Большинство современных моделей циркуляционных насосов допускают плавное изменение мощности или с заранее установленными уровнями. Это позволяет выбрать режим работы, исходя из температуры воздуха за окном. В мороз нужна полная мощность для эффективного нагрева помещения. В теплое время может оказаться достаточно естественной циркуляции или работы насоса на минимальных значениях производительности.

В недорогих моделях выбор уровня мощности делается поворотной ручкой.

Управление мощностью можно доверить автоматике. В некоторых моделях циркуляционных насосов Wilo и других европейских производителей уже установлен блок управления с термостатом. Он может управляться поворотной ручкой.

Выбранный режим отображается на экране.

Наибольшей эффективности и удобства управления системой отопления можно достичь, используя специальные контроллеры или технологии Умного дома. Они позволяют регулировать мощность горелки котла и режим работы циркуляционного насоса, ориентируясь на температуру воздуха в комнатах. Управлять такими системами можно удаленно, с помощью мобильного приложения.

Выбрать модель циркуляционного насоса для системы отопления помогут менеджеры компании Теплоуфа. У нас можно купить эффективные и недорогие модели производства Wilo и других европейских и российских производителей для частных домов. Также в каталоге есть профессиональные приборы для систем отопления многоэтажных зданий и торговых центров.