Электроснабжение промыслов. Особенности электроснабжения промыслов в Западной Сибири и на морских месторождениях

 

 

 

Содержание

1. Введение……………………………….………………………………...…...3

2. Теоретические основы расчета центробежных компрессоров…………………………..…………………………………...…..4

 

2. Прнципиальная схема и конструкция понизительной трансформаторной подстанции. Масляные выключатели; распределительные устройства: назначение устройство, типы………………………………………………………................................14

2.1 Принципиальная схема и конструкция понизительной трансформаторной             подстанции…………………………………………………………………….14

2.2 Масляные выключатели; распределительные устройства: назначение устройство, типы…………….………………………………………………..15

3. Электроснабжение промыслов. Особенности электроснабжения промыслов в Западной Сибири и на морских месторождениях. Требования к качеству электроэнергии. Требования к электрооборудованию нефтяных и газовых промыслов………………………………………………………………...…...17

3.1Электроснабжение промыслов………………………...…………….……17

3.2 Особенности электроснабжения промыслов в Западной Сибири и на морских месторождениях………………………………………...………..…18

3.3 Требования к электрооборудованию нефтяных и газовых промыслов….

……………………………………………………………………..…………...19

5. Вывод………………………………………………………..……………....21

6. Список литературы………………………………………….….…………..22

 

 

Введение

 

В этой работе мы рассмотрим теоретические основы расчета центробежных компрессоров. Затем изучим принципиальную схему конструкции понизительной трансформаторной подстанции, а далее узнаем о назначении, устройстве и типе распределительного устройства. Затем обратим внимание на электроснабжение промыслов. В следующем разделе получим информацию  об особенностях электроснабжении промыслов в Западной Сибири и на морских месторождениях. Требования к качеству электроэнергии и требования к электрооборудованию нефтяных и газовых промыслов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Теоретические  основы расчета центробежных  компрессоров.

 

      Главное назначение центробежного компрессора – обеспечение двигателя внутреннего сгорания, на всех режимах работы, необходимым количеством воздуха (кислородом), способствуя полному сгоранию топлива при минимальном удельном расходе  и низкой токсичности выхлопных газов.  Двигатель форсируется за счет увеличения плотности воздуха, нагнетаемого в цилиндр, и повышения  подачи топлива.

      В современных двигателях для  повышения плотности воздуха  применяют преимущественно центробежные  компрессоры обычно с радиальными  лопатками.  Компрессор устанавливается  на одном валу с газовой  турбиной, такой агрегат получил  название турбокомпрессор. Отработавшие  газы поступают на колесо турбины  под переменным (импульсно) или  постоянным  (изобарно) давлением.  В приведенной работе расчеты   выполнены для  изобарной турбины.

     На рисунке показан вид турбокомпрессора. В левой части изображен разрез компрессора, а в правой – турбины. Колеса компрессора и турбины расположены жестко на одном валу. Смазка подшипника скольжения вала  производится под давлением от системы смазки двигателя. Охлаждение турбокомпрессора  может осуществляется потоком масла и циркулирующей жидкостью из системы охлаждения двигателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. Разрез  турбокомпрессора

 

1 – вход  воздуха в компрессор,  2 – рабочее  колесо компрессора, 3 – диффузор,        4 – спиральная камера (воздухосборник, улитка с выходом сжатого воздуха  из компрессора), 5 – узел подшипника, 6 – улитка турбины, 7 – рабочее  колесо турбины,   8 – выход  газов из турбины,  9 – корпус  турбины, 10 – вход в турбину  отработавших газов двигателя.

       

1.1  Требуемое   массовое  количество  воздуха  для двигателя определяется из  выражения:

                                         кг/с,                                     (1)                           

где – коэффициент избытка воздуха  (1,6 – 2,2) для дизеля, для бензиновых двигателей мы берём = 1,1;  L0 – теоретическое количество воздуха,  необходимое для сгорания 1кг топлива (15кг);     ge – удельный расход  топлива в кг/(кВт×ч) (0,18 – 0,22), в нашем случае нужно брать ge = 0,27;  Ne – мощность двигателя в кВт;  – коэффициент продувки (1,1–1,2), берём =1,1.

В итоге получаем:

 кг/с,                                                              (2)

Рассчитанное  выше значение понадобится для дальнейших расчётов.

1.2   С учетом выбранного  числа компрессоров  (ik), необходимая подача  воздуха одним компрессором  находится   по формуле:

                                                 .                                                 (3)                               

     Для рядных двигателей обычно  устанавливают один компрессор, для V– образных – два, в  нашем случае получается так:

                                                                                       (4)

1.3   Определяется  среднее  эффективное давление Ре.  Для четырехтактного двигателя эффективная мощность определяется выражением:

                                           .                                                (5)                        

где Vh   -  рабочий объем цилиндра в литрах;  i – число цилиндров;  n – частота вращения коленчатого вала в мин-1, обороты двигателя ставим максимальные, я поставил (7000 мин-1), те, кто поставил распредвал (с измененными фазами) который обеспечивает работу двигателя на больших оборотах, ставит максимальные обороты те которые развивает двигатель с данным распредвалом. Сразу оговариваю, формулу 1.3 нужно использовать, после того как вы определились с давлением наддува, чтобы найти итоговую мощность в зависимости от давления! В место Vh* I можно просто поставить рабочий объём двигателя и не парится, я подставлю свой объём (1,570 л.) те, кому надо подставят свой, пересчитают Ре.

      После преобразования выражения  1.3  получим :

                                          в МПа.                                          (6)                     

 

Подставив все  значения получаем:

 МПа.  

1.4  Величину  давления воздуха на выходе  из компрессора для четырехтактных  двигателей   определяем из  соотношения  Рк= (0,15 – 0,18)Ре,  для двухтактных двигателей   Рк= (0,2 – 0,28)Ре.                                               

Здесь нужно  выбрать такое значение из интервала (0,15 – 0,18) чтобы Рк было равно примерно 0,1 МПа, то есть получившееся Ре*0,164 (это число входит в диапазон 0,15 – 0,18):

 МПа.

Степень повышения  давления  в компрессоре  

                                       Рк / Ро,                                                       (7)                                     

 

 где   Ро –              давление на входе в компрессор  (атмосферное давление, оно равно 0,0981 МПа).

       Если подставим данное Рк в выражение  где находим   то получим:

1 Атм 0,1МПа 1Бар (то есть двигатель атмосферный, без наддува).

Зная, все  исходные данные мы теперь можем, подбирая давление наддува видеть, как меняется мощность.

Делаем так, например мы хотим “слегка форсировать  двигатель”, берём давление наддува 0,3 Бар, для этого нам нужно  сложит Бар.

Преобразуем формул   (1.4.1) так чтобы мы могли  найти Рк :

                                                                                                  (8)

 МПа

Далее нужно  преобразовать Рк в Ре, преобразуя формул (1.4) получаем:

 МПа

 

Подставляя  это значение Ре в формулу (1.3) мы можем найти мощность при наддуве  в 0,3 Бар:

 кВт

Умножив, полученные киловатты на 1,36 мы получим мощность в лошадиных силах:

л.с.

 Так же  с повышением давления на впуске  повышается и степень сжатия!

Что бы не гадать, надо ли лить более октановое топливо или нет вот вам формула:

                                                                                           (9)

Где - итоговая степень сжатия, - геометрическая степень сжатия, - давление наддува.

Возьму, пожалуй, самый яркий пример, чтобы сразу  было понятно, а потом  касательно наддувы в 0,3 Бар.

Например, у  нас  =9,5; = 2 Бар, тогда получается:

При =13,5 детонирует даже 98 бензин!

Мощность  при таком давлении 227,6 л.

 

Радуемся  и прыгаем до потолка, потому что  бензин можно не менять и ездить на 92 хвастаясь, что у вас не 76 л.с.; а 98,6 л.с.

Более того, скажу, что для 92-го бензина нужна  степень сжатия 9-9,2; для 80-го 7,2-7,5.

Заводом для  Нивы работающем на 92-ом бензине заложена степень сжатия 8,5 не потому что они не знали при какой степени сжатия детонирует 92-ой бензин, а просто тогда когда проектировался двигатель, не было бензина приемлемого качества, то есть залил чего та там, в бак и “ пых – пых” поехали.

        В принципе давление наддува можно повышать до 0,7 Бар, с таким наддувом =8,99 – как раз под 92-ой бензин!

Но есть одно, но, мощность при этом достигает  129 л.с. выдержит ли двигатель интересный конечно вопрос, но я думаю, выдержит, вот только, на сколько трансмиссии хватит - это действительно актуальный вопрос!

        Зная πк и Мk ,  по графику полей характеристик турбокомпрессоров      πк  – расход воздуха (рис. 2) выбирается  прототип компрессора.  При выборе прототипа важным является определение наружного диаметра колеса компрессора.

        Выбор диаметра колес компрессора  и турбины необходим для начала  расчета турбокомпрессора. В процессе  расчета уточняются размеры колес,  диффузоров, спиральных камер (улиток), КПД и делается выбор требуемой  марки турбокомпрессора и завода-изготовителя.     

 

Рисунок 2.  Поля характеристик турбокомпрессоров

     

       Необходимо помнить, что колесо  при меньшем диаметре имеет  меньшую массу и менее  инерционно (быстрее реагирует на изменение  нагрузки), но увеличивает потери  энергии в результате уменьшения  проходных сечений каналов. 

       Диаметр колеса компрессора указан в обозначении турбокомпрессора  (ТКР-7  турбокомпрессор с радиальной центростремительной турбиной и центробежным компрессором с наружным  диаметром колеса  7 см).

       Согласно ГОСТ  9658-81  за нормальные  приняты наружные  диаметры колес,  равные   5,5; 7; 8,5; 11; 14; 18; 23 см.  Центробежные  компрессоры по конструктивному  исполнению бывают низкого давления (Н) до 0,19 МПа, среднего (С)  0,19 –  0,25 МПа и высокого (В), более 0,25 МПа.

 

Рисунок 3. Проточная  часть центробежного компрессора.

                            1 – рабочее колесо, 2 – диффузор, 3 – улитка.

   

     На рисунке приведена схема проточной части турбокомпрессора, а на рис. 4 показано изменение параметров воздуха при его прохождении по различным сечениям компрессора.      

     

 

       Воздух поступает во входной патрубок компрессора (сечение 0) со скоростью  Со, давлением   Ро  и температурой То. Величина скорости  Со зависит от площади входного патрубка, средней скорости поршня и  его площади. Определяется из уравнения постоянства расходов.  При входе в колесо (сечение 1) скорость С1  увеличивается по причине уменьшение площади (из-за наличия  лопаток). Давление и температура незначительно снижаются. Между сечениями 1 и 2 происходит работа над газом с целью его уплотнения. Скорость С2, температура Т2, и давление Р2 резко возрастают. В результате расширения каналов диффузора (сечение 2 – 3)  и улитки (сечение 3 – 4) скорость воздуха снижается, а температура и давление растут.  Давление Р4  есть давление на выходе из компрессора Рк.

     

 

Рисунок 4. Изменение скорости (С), давления (Р) и температуры (Т)

в различных  сечениях турбокомпрессора.

 

 

        Расчет ступени компрессора начинают с определения массового секундного  расхода воздуха, проходящего через его каналы. Проточной частью компрессора или турбины называют систему устройств, по которым движется газ. Скорость газа в проточной части установок изменяется путем геометрического воздействия – изменением площади поперечного сечения потока по его длине. В компрессоре энергия  к воздуху подводится в  рабочем колесе (подвод технической или располагаемой работы путем вращения колеса), в других каналах она только преобразуется.  Расчет компрессора выполняют в следующей последовательности:

В начале   определяют  скорость  воздуха, затем  его  температуру, давление и плотность  ( C→T→P→ρ ).

     Зная подачу воздуха компрессором  и поперечное сечение каналов  компрессора,  находится средняя  скорость воздуха (при необходимости  потери энергии), затем температура,  давление и плотность. В результате  торможения потока газа в расширяющихся  каналах молекулы воздуха сближаются  и  температура повышается. По  изменению температуры определяют  давление и плотность газа.

1.5  Определяют  массовую подачу воздуха компрессором, находят  его параметры на входе:

                                        ,                                                 (10)                              

 где   Fвх.к – площадь поперечного сечения на входе в колесо компрессора в м2;  W1 – скорость воздуха на входе в компрессор ( 30 – 80 м/с.); 1– плотность воздуха   (при 20 оС = 1,2 кг/м3),

,                                                                                              (11)

где ,   Р= 0,98×105 Па,    Т=293 К,   R =287 Дж /(кг К).

 

1.6  Диаметр  колеса на входе в компрессор  определяется из выражения

                                            .                                                  (12)            

     Наружный диаметр колеса компрессора  D2К приближенно оценивается   из соотношения D1/D2К = 0,55 – 0,7 и уточняется с учетом выбранного  прототипа.

1.7  Определяется  окружная скорость на выходе из колеса компрессора (касательная к окружности колеса или  к радиусу вращения)

                                               ,                                                 (13)               

 где   La – адиабатная работа сжатия;  ηнап – напорный адиабатный  КПД (0,6…0,75),  характеризует способность колеса создавать напор.

     Для подачи  воздуха в цилиндры  двигателя, необходимо осуществить  его впуск в компрессор, сжатие  и нагнетание.   Принимаем, что  процесс сжатия  происходит без  подвода и отвода теплоты.   

1.8   Общая  удельная  работа (Дж/кг) при адиабатическом  сжатии находится из выражения

                                       ,                                          (14)                   

где  ср = 1005 Дж/ (кг К) – удельная массовая изобарная  теплоемкость воздуха; Та = 293 К – температура на входе в компрессор, к =1,4 – показатель адиабаты.

1.9  Зная  окружную скорость и  диаметр колеса, находится  частота вращения вала колеса  компрессора (nk)  из формулы

,                                                                           (15)

nк = 60 U2 / D2 К.                                                                                 (16)

2. Принципиальная схема и конструкция понизительной трансформаторной подстанции. Масляные выключатели; распределительные устройства: назначение устройство, типы.

 

Трансформаторная  подстанция представляет собой электроустановку, предназначенную для повышения  или понижения напряжения электрического тока в электросетях. Трансформаторная подстанция состоит из силового трансформатора и некоторых дополнительных устройств – распределительного устройства (РУ), системы защиты и некоторых других вспомогательных устройств. Трансформаторные подстанции рассчитаны на подключение кабеля либо воздушной линии.

В зависимости  от назначения трансформаторные подстанции могут быть   повысительными или понизительными.

Повысительные трансформаторные станции используются на предприятиях, генерирующих электроэнергию (электростанциях), с целью переброски ее на большие расстояния при помощи линий электропередач (ЛЭП). Напряжение, передаваемое по линиям электропередач, может достигать 500 и даже 1150 киловольт, но наиболее разветвленную сеть имеют ЛЭП напряжением 110-500 кВ. Однако в городах и вблизи населенных пунктов возводить такие линии электропередач опасно, да и нецелесообразно, поскольку опорные мачты «съедают» значительную часть полезной площади.

В связи с  этим вблизи населенных пунктов устанавливают  понизительные трансформаторные подстанции, снижающие напряжение до 6 – 10 кВ. Электрический  ток такого напряжения уже можно  передавать по кабелю. Иногда от ближайшей  понизительной трансформаторной подстанции до населенного пункта довольно далеко, тогда используют промежуточные  линии электропередач напряжением 6-10 кВ. 
Масляный выключатель — коммутационный аппарат, предназначенный для оперативных включений и отключений отдельных цепей или электрооборудования в энергосистеме, в нормальных или аварийных режимах, при ручном или автоматическом управлении. Дугогашение в таком выключателе происходит в масле.

Достоинства маломасляных выключателей:

небольшое количество масла

относительно  малая масса

Недостатки:

необходимость контроля и доливки масла

Распределительное устройство (РУ) — электроустановка, служащая для приёма и распределения электрической энергии одного класса напряжения.

Распределительные устройства являются важным элементом  любой системы электрических  коммуникаций. Они включают в себя малые распределительные щиты, магистральные  распределительные щиты, а также  системы для главных и вторичных  распределительных шкафов. Распределительные устройства, произведенные известными компаниями, отличаются высокой надежностью, и элегантным внешним видом.

К распределительным  устройствам относятся малые  распределительные щиты. Они предназначены  для вторичного распределения энергии  в жилых помещениях, офисных и  производственных зданиях. Их монтаж производится на стене (на штукатурке), в полых  стенах (пустотелая стена) или в сплошных каменных стенах (под штукатуркой).

По назначению распределительные устройства делятся  на следующие типы:

- главные РУ, служащие для приема электроэнергии от генераторов электростанций,

- РУ повысительных и понизительных подстанций, в которых электроэнергия распределяется после повышения или понижения напряжения в силовых трансформаторах,

- РУ собственных нужд, предназначенные для распределения электроэнергии потребителями собственных нужд станций и подстанций,

- линейные РУ (распределительные пункты), в которых энергия распределяется между отдельными воздушными линиями без трансформации напряжения.

По роду напряжения и местоположения распределительные  устройства делятся на РУ напряжением  до 1000 В и выше 1000 В, в том числе генераторного напряжения. На крупных электростанциях РУ генераторного напряжения выполняются напряжением 3—10 кВ, а для небольших сельских станций они могут быть выполнены напряжением до 1000 В.

По роду установки  основного оборудования РУ делятся  на закрытые (ЗРУ) с размещением оборудования в закрытых зданиях и помещениях и открытые (ОРУ) с размещением  оборудования на открытом воздухе.

По конструктивному  выполнению РУ делятся на сборные, комплектные  и с закрытыми или открытыми  камерами (касается только ЗРУ). В сборных  РУ основные узлы, каркасы и опорные  части изготавливают заранее  на специализированных заводах или  в мастерских, а сборка их и установка  аппаратуры производятся на месте. Комплектные  РУ целиком изготавливаются на заводах  и комплектуются необходимой  аппаратурой, приборами и др. Они  выполняются как для внутренней установки (КРУ), так и для наружной (КРУН). В последнее время этот тип РУ используют при выполнении объектов сельской электрификации. Закрытые распределительные устройства с  открытыми или закрытыми камерами применяются на крупных станциях и подстанциях напряжением 6—10 кВ. В открытых камерах устанавливаются  малообъемные масляные выключатели, этот тип камер наиболее распространен  на сельских станциях и подстанциях.

Низковольтные распределительные устройства в  сельской электрификации выполняют  в виде комплектных шкафов наружной установки, например на мачтовых подстанциях  напряжением 6—10/0,4 кВ. Распределительные  устройства напряжением ,10 кВ выполняются  закрытыми из сборных или комплектных  ячеек, а РУ-35 кВ, как правило,—  открытыми.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Электроснабжение  промыслов. Особенности электроснабжения  промыслов в Западной Сибири  и на морских месторождениях. Требования к качеству электроэнергии. Требования к электрооборудованию  нефтяных и газовых промыслов.

 

Длительное  время наиболее распространенным высоким  напряжением в системе внутреннего  электроснабжения промыслов старых нефтяных районов страны (Баку, Грозный) было исключенное из стандарта напряжение 2 кВ при наличии в шкале стандарта  напряжений 3 и 6 кВ.

Такой перевод  промысловых сетей, подстанций и  распределительных устройств с  нестандартного напряжения 2 кВ на 6 кВ явился одним из важнейших направлений  реконструкции электроэнергетического хозяйства нефтяной промышленности с целью повышения надежности электроснабжения и улучшения энергетических показателей электроустановок потребителей.

Как известно, в зависимости от требуемой надежности электроснабжения электроприемники согласно ПУЭ разделяются на три категории, принадлежность к которым определяется соответствующими ведомственными нормативами.

Видно, что сложные природно-климатические условия разработки нефтяных месторождений Западной Сибири обусловливают более высокие требования к надежности их электроснабжения.

Это обусловлено  тем, что электроснабжение нефтедобывающих  районов, как правило, осуществляется от энергетических систем, расчеты  с которыми за израсходованную электроэнергию ведутся по двухставочному тарифу.

В практике проектирования и реконструкции  элементов системы электроснабжения баланс реактивной мощности должен рассматриваться  не для всего предприятия, а для  его отдельных узлов или даже объектов, ибо в противном случае в некоторых узлах или их элементах  может возникнуть дефицит реактивной мощности, ухудшится режим напряжения, возрастут потери энергии и снизится устойчивость нагрузки.

Однако если можно обеспечить непродолжительность  аварийного ремонта, то правила допускают  электроснабжение потребителей 2-й  категории по одной воздушной  линии или от одного трансформатора при наличии централизованного  подвижного резерва.

Перспективы развития газовой промышленности связываются  с освоением на полуострове Ямал Бованенков-ского, Харасавэйского и Крузенштерновского месторождений. Начато также освоение Штокмановского газоконденсатного месторождения с разведанными запасами около 3 трлн, м3 газа на шельфе Баренцева моря.Месторождение расположено северо-восточнее Мурманска на глубине моря до 350 м.Эксплуатация этого месторождения позволит накопить опыт разработки морских месторождений на больших глубинах моря.

Основные  направления и цели реконструкции  заключаются в следующем: материало- и энергосбережение в транспорте, хранении и добыче углеводородного сырья; обеспечение экологических требований по ликвидации выбросов вредных веществ в окружающую среду; увеличение глубины довыработки месторождений углеводородного сырья и полноты извлечения сопутствующих компонентов; расширение ареала добычи углеводородного сырья с вовлечением в разработку месторождений морского шельфа и малых месторождений; стабилизация работы транспортных систем путем всемерного развития сети подземных хранилищ газа; повышение надежности оборудования и вследствие этого увеличение межремонтных периодов в 2-3 раза.

На месторождениях Западной Сибири применяются временные  кабельные линии электропередачи, выполненные кабелем КШВГ-6 или  АВПБ-6, который прокладывают по поверхности  земли (болот) в лотках.

В силу значительной специфики морских нефтегазовых объектов, технические решения, принимаемые  при их создании, не могут копировать, с одной стороны, решения, предложенные для освоения сухопутных месторождений, а с другой - решения, предназначенные для создания судов морского плавания.

Первые разработки морских месторождений нефти  были начаты на акватории Каспийского  моря.

В итоге в  нашей стране выход поискового и  разведочного бурения на значительные глубины начался только во второй половине 70-х годов, а эксплуатационного  бурения и собственно разработки морских месторождений - в 80-х годах.

Наиболее  важные показатели качества электроэнергии — это отклонение напряжения от номинального значения, коэффициент  несинусоидальности напряжения, отклонение частоты от 50 Гц.  
Согласно стандарту в течение не менее 95% времени каждых суток фазное напряжение должно находиться в диапазоне 209-231 В (отклонение 5%), частота в пределах 49.8-50.2 Гц, а коэффициент несинусоидальности не должен превышать 5%.  
Остальные 5 или менее процентов времени каждых суток напряжение может изменяться от 198 до 242 В (отклонение 10%), частота от 49.6 до 50.4 Гц, а коэффициент несинусоидальности должен быть не более 10%. Допускаются также более сильные изменения частоты: от 49.5 Гц до 51 Гц, но общая длительность таких изменений не должна превышать 90 часов за год.  
Авариями электроснабжения называются ситуации, когда показатели качества электроэнергии кратковременно выходят за установленные пределы. Частота может отклоняться на 5 Гц от номинального значения. Напряжение может снижаться до нуля. В дальнейшем показатели качества должны восстанавливаться.