Главная Карта сайта
+7 (495) 777-75-37
info@avd-electro.ru

ПН-ПТ 9:00 - 18:00

Технико-экономическое обоснование
применения Тиристорного преобразователя частоты
типа ТПЧ-6/1600-3 УХЛ4.2
для привода насосов типа ЦНС-240х1900 2ТМ на КНС 

ОАО «ГАЗПРОМНЕФТЬ-ННГ»

Применение системы ТПЧ позволяет сократить потребление электроэнергии

Принцип экономии электроэнергии

 

В обычном варианте (без применения частотных преобразователей) насос запитывается непосредственно от питающей электросети. При этом уменьшение расхода перекачиваемой жидкости, осуществляется методом дросселирования (изменением угла положения заслонок). При этом насос постоянно работает в режиме потребления номинальной мощности. При дросселировании энергия потока вещества, сдерживаемого заслонкой, просто теряется, не совершая никакой полезной работы. Такая система экономически неэффективна, так как приводит к чрезмерному расходу электроэнергии. В случае применения частотного привода, появляется возможность плавного управления скоростью вращения насоса, а, значит, и давлением в трубах. Используя датчик давления, привод будет обеспечивать заданное давление независимо от расхода воды в данный момент. Снижение расхода приведет к уменьшению мощности, потребляемой насосным агрегатом. При применении частотного привода в насосных установках реально снижение среднего расхода воды на 12-14%, а расход электроэнергии - на 30-40%.

Ниже по тексту приведено техническое предложение и расчет экономической эффективности внедрения ТПЧ для частотного регулирования привода насосов типа ЦНС-240/1900 2ТМ, установленных на КНС ОАО «ГАЗПРОМНЕФТЬ-ННГ».

Описание насосов ЦНС-240/1900 2ТМ

рис. 1Насосы типа ЦНС-240/1900 2ТМ (см. рис.1) применяются для перекачки технологической жидкости плотностью 1013 кг/м3 в общий коллектор на КНС ОАО «ГАЗПРОМНЕФТЬ-ННГ». В настоящее время на всех КНС применяется нерегулируемый синхронный электропривод типа СТД-1600 (Pном=1600 кВт, Uном=6кВ, Iном=178А, КПД=0.97, cosφ=0.9, n=3000 об./мин.). Прямой пуск приводит к значительным перегрузкам на электродвигателях из-за больших и продолжительных пусковых токов.

 

Графики зависимости напора (Н, м. вод. столб.), потребляемой мощности (Р, кВт) и КПД (η) насоса от  производительности (Q, м3/час), полученные при испытаниях насоса типа ЦНС-240/1900 2ТМ приведены на рис.2-4.

Зависимости были сняты при следующих условиях:

  • скорость вращения статора электродвигателя n=3000 об./сек,
  • плотность перекачиваемой жидкости ρ=998,2 кг/м3,
  • температура окружающей среды T=20 oC.

Рис.2 График зависимости мощности, потребляемой насосом, от его производительности

Рис.3 Напорная характеристика насоса

 

Рис.4 Зависимость КПД насоса от производительности

 

Расчет экономической эффективности внедрения ТПЧ

Для оценки экономической целесообразности внедрения преобразователя частоты для насосов КНС ОАО «ГАЗПРОМНЕФТЬ-ННГ» использовались следующие данные:

  • Технические характеристики насосов типа ЦНС 240/1900 2ТМ (рис. 2-4);
  • График суточного расхода технологической жидкости.
    Вследствие отсутствия точных данных загруженности насосного оборудования КНС ОАО «ГАЗПРОМНЕФТЬ-ННГ» для расчета был принят типовой график, приведенный на рис.6;
  • Производительность насосов, необходимая для поддержания достаточного для технологических процессов давления в гребенке – 210 м3/час.
  • Мощность, потребляемая насосом при полностью закрытой (Pmin) и открытой (Pmax) заслонке.
    По графику рис.2 было принято Pmin=870 кВт, Pmax=1500 кВт.   
  • Стоимость электроэнергии – 1.49 руб./кВт*час;

 

1. Основные зависимости, характеризующие энергетику насосов

Мощность, потребляемая насосом:

P = (Q * H * 2.73.10-3) / КПД , кВт            (1)

Где:
Q - производительность, м3/час;
H - высота напора, м. водяного столба;
КПД - коэффициент полезного действия установки.

Изменение основных параметров работы насосного агрегата при изменении скорости вращения рабочего колеса насоса ("формулы подобия"):

Р1 / Р2 = n13 / n23                (2)
Н1 / Н2 = n12 / n22                (3)
Q1 / Q2 = n1 / n2                   (4)

Где:
n - число оборотов электродвигателя, об/мин;
Р - мощность, потребляемая насосом, кВт;
Н - напор, создаваемый насосом, м. вод. столба;
Q - производительность насоса, м3/час.

Индексы 1 и 2 относятся к первому и второму режимам работы оборудования соответственно.

Для определения мощности, потребляемой приводным двигателем (Pд, Вт), при известном его токе, применяется следующая формула:

Pд = 1,73 * Iд * U * Cos Ф         (5)

Где:
- ток фазы двигателя, А;
U - напряжение двигателя, В;
Сos Ф - коэффициент мощности двигателя.

По данным рис.2 строится график зависимости потребляемой мощности Р от относительного расхода воды Q/Qmax при двух крайних случаях регулирования расхода жидкости (задвижка полностью закрыта и полностью открыта). Для потребляемой мощности при дросселировании можно записать выражение:

Pдрос = Рmin + (Рmax - Рmin) * (Q/Qmax)            (6)

Для потребляемой мощности при частотном регулировании можно записать выражение:

Pтпч = Рmax * (Q/Qmax)3               (7)

где Pmin – потребляемая насосом мощность при полностью закрытой задвижке, кВт,
      Pmax – потребляемая насосом мощность при полностью открытой задвижке, кВт
      Qmax – максимальный расход жидкости, м3/с  

Графики зависимости потребляемой насосом мощности от производительности при различных способах регулирования, а также график экономии мощности при частотном регулировании представлены на рис. 5.

Рис. 5 Зависимость экономии потребляемой насосом из электросети мощности

 

Рис.6  График зависимости суточной нагрузки насосного оборудования (типовой)

 

2. Расчет величины экономического эффекта

Расчет экономической эффективности основан на определении разницы между величинами потребления электроэнергии при регулировании напора насоса путем дросселирования напорной задвижкой и при регулировании с помощью ТПЧ (см. рис. 5).

Для каждого ранее определенного периода работы i, в котором определена приблизительно постоянная загрузка насоса Qi, рассчитываются экономия мощности DРi = Рдрос i - Рчрп i . Величины Рдрос i и Ртпч i выбираются по рис.5  или рассчитываются по формулам (6) и (7). Величина расхода Qi берется из графика нагрузки (рис. 6).

Затем определяется суммарная экономия электроэнергии за заданный временной интервал работы насосов (к примеру, за сутки) по формуле:

          ( 8 )

Где:
DЭсут - суточная экономия электроэнергии при применении ТПЧ вместо дроссельного регулирования, кВт*ч;
DPi - экономия мощности за i - й период (к примеру, с 0 до 2 часов), кВт;
ti - время, в течение которого привод работает с постоянной нагрузкой Qi насоса (к примеру, 2 часа), час;
к - число периодов времени с постоянными значениями DPi * ti (к примеру, 12 периодов).

При круглогодичной работе насоса c приблизительно постоянным суточным графиком расхода годовая экономия электроэнергии DЭг определяется умножением DЭсут. на число дней работы насоса в году, т.е. можно принять DЭг = DЭсут. * 365.

Далее производится оценка стоимости сэкономленной электроэнергии по тарифу, действующему для предприятия в данной энергосистеме, с учетом факторов экономии. По имеющемуся опыту для оценки стоимости снижения расхода технической воды можно ввести коэффициент 1.15.

Таким образом, экономия электроэнергии и ресурсов составит:

СТээ = 1.15 * Тэ * DЭг, ( 9 )

где:
СТээ - стоимость сэкономленной электроэнергии и ресурсов, руб.;
Тэ - тариф на электроэнергию в энергосистеме, руб./кВт*ч.;

Для определения срока окупаемости, а, следовательно, оценки экономической эффективности применения ТПЧ используется формула:

Ток = СТтпч / СТээ (10)

где:
Ток - срок окупаемости установки системы ТПЧ, год.;
СТээ - стоимость сэкономленной электроэнергии и ресурсов за один год, руб.;
СТтпч - стоимость ТПЧ, руб.

Результаты расчета экономического эффекта установки ТПЧ для насосов

типа ЦНС 2440/1900 2ТМ

Таблица 2

Наименование параметра

Система ТПЧ

Вариант 1

(6- ти пульсное исполнение )

Вариант 2

(12- ти пульсное исполнение)

1

Тариф на электроэнергию в энергосистеме, руб/кВт*ч

1.49

1.49

2

Суточная экономия электроэнергии DЭсут, кВт*ч  

13860

13860

3

Стоимость сэкономленной электроэнергии и ресурсов в сутки, руб

23 750

23 750

4

Годовая экономия электроэнергии DЭг, МВт*ч  

5058

5058

5

Стоимость сэкономленной электроэнергии и ресурсов в год, руб

8 667 000

8 667 000

6

Стоимость оборудования ТПЧ, руб

х

х

7

Срок окупаемости установки системы ТПЧ, год

х

х

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При принятии решения о целесообразности внедрения ТПЧ на КНС ОАО «ГАЗПРОМНЕФТЬ-ННГ» следует  учитывать, что кроме экономического эффекта от экономии электроэнергии применение ТПЧ дополнительно обеспечивает следующее:

  • снижается износ запорной арматуры, т.к. большую часть времени задвижки полностью открыты;
  • большую часть времени насосы работают при пониженных давлениях, что снижает утечки в системе водоснабжения;
  • снижается износ подшипников двигателя и насоса, а также крыльчатки за счет плавного изменения числа оборотов, отсутствия больших пусковых токов;
  • уменьшается опасность аварий за счет исключения гидравлических ударов;
  • обеспечивается одновременная защита двигателя от токов короткого замыкания, замыкания на землю, токов перегрузки, однофазного режима, недопустимых перенапряжений;
  • снижается уровень шума, что особенно важно при расположении насосов вблизи жилых или служебных помещений;
  • упрощается дальнейшая комплексная автоматизация объектов системы подачи воды.

Тиристорный преобразователь частоты (ТПЧ) представляет из себя статическое преобразовательное устройство, предназначенное для изменения скорости вращения синхронных электродвигателей переменного тока.

Известно, что регулирование скорости вращения исполнительного механизма можно осуществлять с помощью различных устройств (способов), среди которых наиболее известны и распространены следующие:

  • механический вариатор
  • гидравлическая муфта
  • электромеханический преобразователь частоты (системы Генератор-Двигатель)
  • дополнительно вводимые в статор или фазный ротор сопротивления и др.
  • тиристорный преобразователь частоты

Первые четыре способа отличаются различными комбинациями из следующих недостатков:

  1. сложности в применении, обслуживании, эксплуатации
  2. низкое качество и диапазон регулирования
  3. неэкономичность

Все указанные недостатки отсутствуют при использовании преобразователей частоты. Регулирование скорости вращения синхронного электродвигателя в этом случае производится путем изменения частоты напряжения питания двигателя. КПД такого преобразования составляет около 98%, из сети потребляется практически только активная составляющая тока нагрузки, микропроцессорная система управления обеспечивает высокое качество управления электродвигателем и контролирует множество его параметров, предотвращая возможность развития аварийных ситуаций.

Эффект при установке преобразователей частоты достигается за счет следующих факторов:

  • экономии энергоресурсов,
  • увеличения сроков службы технологического оборудования,
  • снижения затрат на планово-предупредительные и ремонтные работы,
  • обеспечения оперативного управления и достоверного контроля за ходом технологических процессов.

Особый экономический эффект от использования преобразователей частоты дает применение частотного регулирования на объектах, обеспечивающих транспортировку жидкостей. До сих пор самым распространённым способом регулирования производительности таких объектов является использование задвижек или регулирующих клапанов, но сегодня абсолютно доступным становится частотное регулирование приводного электродвигателя насосного агрегата. Перспективность частотного регулирования наглядно видна из приведённого на рис. 9 графика.

Примечания:

Величина экономии электроэнергии зависит от неравномерности потребления: чем больше неравномерность потребления, тем больше полученная экономия.

По истечении срока окупаемости установка будет давать чистую экономию, размер которой пропорционален потребляемой мощности.

 

   
24.05.2016

Ввод в строй оборудования ФКЦ-3 ООО “Новоросметалл”

20 мая 2016 г. Успешно завершился монтаж и ввод в эксплуатацию силовых конденсаторов
читать далее
22.02.2016

Соглашение с компанией Coil Innovation

Заключено агентское соглашение с компанией Coil Innovation (Австрия)
читать далее
12.01.2016

Договор с ООО «Новоросметалл»

Заключен договор с ООО «Новоросметалл»
читать далее
 

ООО «АВД-Электро»
111024, Москва, 2-я Кабельная ул., д.2, корп.5, оф. 415
т. +7 (495) 777-75-37

www.avd-electro.ru
info@avd-electro.ru

 

Copyright: АВД-Электро - 2016
все права защищены.

Создание сайта: Web-студия «ЗВЕЗДА»