Различают два способа пуска насосного агрегата: на открытую задвижку и на закрытую задвижку. Наиболее распространён второй способ. Преимущество пуска на закрытую задвижку состоит в снижении момента сопротивления разгону двигателя, так как насос работает при отсутствии потока нефти. Однако если пусковые характеристики электродвигателя и схемы электроснабжения могут обеспечить пуск на открытую задвижку, то этот способ является предпочтительным, так как при нём меньше динамические нагрузки в трубопроводной обвязке агрегата и хлопки обратных клапанов, установленных на обводной линии насосов.

Для инженерных расчётов статического момента центробежного насоса используют следующее выражение:

График механической характеристики нефтяного насоса НМ 1250-260 при пуске на открытую задвижку приведён на рис. 1.6.

Рис. 1.6. График механической характеристики насоса НМ 1250-260

В настоящее время на большинстве НПС системы управления электродвигателями насосных агрегатов осуществляют их пуск путём прямого подключения к сети. Согласно [8] прямой пуск имеет следующие существенные недостатки, связанные с нежелательным воздействием на двигатель, исполнительный механизм, технологический процесс и питающую сеть:

– пиковые броски тока в переходном процессе прямого пуска (в 5 – 7 раз больше номинального) приводят к значительным усилиям на проводники, расположенные в лобовых частях обмотки электродвигателя, и, как следствие, к ослаблению бандажирования обмотки, постепенному нарушению изоляции и преждевременному выходу двигателя из строя по причине КЗ витков обмотки;

– пиковые моменты переменного знака, развиваемые двигателем при пуске (в 4 – 5 раз больше номинального) приводят к повышенным нагрузкам на подшипники и сам ЦН, постепенному увеличению зазоров в механических соединениях между двигателем и механизмом, сокращая межремонтный интервал;

– гидравлические удары создают дополнительные нагрузки на трубы, соединительные муфты, фланцы, уплотнения и другие монтажные конструкции, приводя к их преждевременному износу и выходу из строя;

– протекание больших пусковых токов приводит к просадке напряжения в сети, которая может составлять до 40% от номинального, что отрицательно сказывается на работе остального оборудования, участвующего в технологическом процессе и подключённого к этой сети, а сам двигатель может не запуститься из-за снижения его момента пропорционально квадрату просадки напряжения.

Для устранения перечисленных недостатков прямого пуска необходимо осуществлять плавный пуск электродвигателя, с заданным темпом нарастания скорости, при моменте и токе близким к номинальным.

Останов магистрального насосного агрегата в настоящее время осуществляют простым отключением привода насоса от сети питания (инерционный выбег). При этом задвижку закрывают непосредственно после остановки. Для уменьшения динамических нагрузок в трубопроводной обвязке МНА необходимо осуществлять плавный останов агрегата, без резкого снижения момента.

Управление НПС должно осуществляться в двух режимах: местном или дистанционном (телемеханическом). Основным режимом управления является телемеханический режим управления из районного диспетчерского пункта (РДП). Переход на управление в местном режиме выполняется дежурным персоналом при производстве работ и в аварийных ситуациях по согласованию с диспетчером РДП [3].

Для согласования режимов работы на НПС, для защиты нефтепровода от превышения давления на нагнетании станции, для предотвращения работы МНА в кавитационном режиме при низком давлении на приёме и одновременно обеспечения максимально возможного расхода нефти по трубопроводу используют САР давления. Как уже отмечалось выше, при использовании дросселирования потока нефти значительно снижается КПД станции, даже если система находится в ждущем режиме, так как для своевременного перехода заслонки в режим регулирования её держат прикрытой на 10-15% [2]. Таким образом, наиболее предпочтительно осуществлять регулирование давления изменением скорости вращения электропривода насоса. Суть этого метода следует из уравнения (1.4).

При регулировании частоты вращения ЦН каждая точка напорной характеристики НПС в соответствии с законом подобия перемещается по параболе подобных режимов:

Диапазон регулирования определяется в зависимос­ти от конкретных условий эксплуатации трубопровода. Экономичным при этом является регулирование частоты вращения в небольшой зоне: 30-50% вниз от номинальной скорости, так как при снижении скорости вращения насоса более чем на 50% КПД насоса резко уменьшается [5]. Верхний предел регулирования ограничивается техническими возможностями насосов. Эти возможности зависят от величины и продолжительности перегрузки по частоте вращения роторов, которую насосы способны выдержать без необратимых конструктивных изменений. Так для обеспечения безкавитационной работы серийных центробежных насосов в продолжительном режиме не рекомендуется превышать частоту вращения более чем на 10% [9]. В большинстве случаев данного диапазона для регулирования вполне достаточно, так как напор зависит от квадрата частоты вращения и, следовательно, при регулировании его можно понижать примерно на 50% и повышать на 20% от номинального. Графики характеристик насоса при разных частотах вращения, согласно [5], изображены на рис. 1.7. Частота n3 соответствует номинальной. На характеристики насоса наложена характеристика трубопровода T. Также здесь показаны линии равного КПД, которые обрываются вверху из-за нехватки кавитационного запаса.

Рис. 1.7. График универсальной характеристики центробежного насоса при регулировании скорости вращения

1.2. Требования, предъявляемые к системе электропривода магистрального насосного агрегата

В силу условий технологического процесса к электроприводу МНА предъявляются следующие требования:

1. Электропривод должен быть рассчитан на продолжительный режим работы с постоянной нагрузкой.

2. Регулирование скорости должно быть плавным (в том числе плавный пуск и останов МНА).

3. Необходимо осуществлять мягкий пуск двигателя с плавным нарастанием тока и момента до значений близких к номинальным.

4. Регулирование должно быть экономичным.

5. Отсутствует необходимость в большом диапазоне регулирования скорости.

6. Отсутствует необходимость в реверсе скорости.

7. Отсутствует необходимость в рекуперации энергии в сеть, так как двигатель работает в продолжительном режиме.