Выбор и проектирование электрооборудования УЭЦН для откачки нефти из скважин
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
Выбор и проектирование электрооборудования УЭЦН для откачки нефти из скважин
Введение
Значительную часть добываемой в России нефти получают из скважин, оборудованных для механизированной добычи, которую осуществляют насосным и компрессорным способами. Для насосной добычи используют штанговые плунжерные насосы или бесштанговые погружные центробежные электронасосы. Область экономически целесообразного применения того или другого вида насосной установки определяется сочетанием суточной производительности скважины и глубины подвески насоса.
Бесштанговые погружные насосы используют на скважинах с форсированным отбором жидкости при значениях 400 - 500 м3/сут и на скважинах с меньшей производительностью 40 - 300 м3/сут при глубине скважины от 400 до 2800 м.
Промышленностью выпускаются центробежные насосы ЭЦН около 30 типоразмеров с подачей от 40 до 500 м3/сут и номинальным напором 445 - 1480 м.
Для работы в сильнообводненных скважинах с содержанием в жидкости повышенных количеств песка разработаны и внедрены в эксплуатацию износостойкие насосы ЭЦН с некоторыми конструктивными изменениями (применены резина, пластмасса, хромистые стали), повышающими стойкость насоса против износа и коррозии.
Данная работа посвящена проектированию и выбору элементов электрооборудования ЭТКС УЭЦН: кабельной линии и промысловому трансформатору.
1. Структура ЭТКС и УЭЦН
На производствах промышленности, на нефтегазовых промыслах значительная часть рабочих процессов выполняется механизмами и машинами с помощью электроэнергии и электротехнических систем (ЭТС). Различают следующие виды ЭТС:
электротермические;
сварочные;
электромеханические;
электротехнологические;
пьезоэлектрические;
специальные.
Все эти ЭТС вне зависимости от своего назначения имеют общие свойства и в частности общую структуру.
ИЭ - источник электроэнергии. К нему относятся промышленная сеть, сеть постоянного тока, аккумуляторы и т.д.
ПЭ - преобразователь электроэнергии. Он преобразовывает электроэнергию с одними параметрами в электроэнергию с другими параметрами (преобразователь частоты, трансформатор, вентиль и др.).
ЭТУ - электротехнологическое устройство. Оно преобразует электрическую энергию в технологическую (химическую, тепловую, световую, механическую, акустическую, гидравлическую и т.д.).
ПУ - преобразовательное устройство. Оно осуществляет преобразование технологической энергии с одними параметрами в технологическую энергию с другими параметрами (редукторы в электроприводах).
РМ - рабочий механизм. К нему относится часть ЭТС, которая обеспечивает реализацию рабочих процессов и приводит в действие, например, электродвигателями: в металлорежущих станках используют резец, шпиндель, поворотный стол; в химической промышленности термокамерами приводит в действие нагревательную установку.
ТО - технологический объект. Он подвергается преобразованию в ходе рабочего процесса.
УУР - устройство управления и регулирования. Оно поддерживает необходимое течение рабочего процесса и управляет его параметрами, воздействуя на все эти узлы. Он содержит: измерительную, вычислительную, управляющую, защитную части.
2. Выбор КЛ
Выбор сечения кабельной жилы производим с учетом условий нагрева, допустимых потерь напряжения и мощности и термической устойчивости к токам короткого замыкания. Из всех значений, полученных условий, выбирается наибольшее сечение.
Сечение жил выбираем таким образом, чтобы они соответствовали минимальным приведенным годовым затратам на эксплуатацию кабельной линии, которые в существенной степени определяются потерями энергии в линии. Это требование сводится к применению нормативной экономической плотности тока и определению расчетного экономического сечения токопроводящей жилы Sэк по формуле:
где Iм.р - максимальный расчетный ток в кабельной линии при нормальном режиме работы;
jэк - экономическая плотность тока, А/мм2, принимается на основе опыта эксплуатации.
Принимаем режим работы электродвигателя номинальным. Тогда величина тока Iм.р определяется из выражения:
где Рном, Qном, Sном - активная, реактивная и полная мощности, потребляемая ЭЦН из промысловой сети.
где Рп.д - необходимая мощность на валу приводного электродвигателя, потребляемая центробежным насосом;
? - КПД электродвигателя.
Для выбора значения jэк необходимо знать материал токопроводящей жилы (медь) и величину времени использования максимальной (номинальной) нагрузки Тм кабельной линии за год (в часах). Тогда экономическую плотность тока можно определить из аналитической формулы:
где j(эк)0 - нулевая экономическая плотность тока при Тм = 0, либо найти в нормативной таблице j(эк) = F(Тм).
Будем считать, что для установок с ЭЦН Тм составляет более 5000 часов. Величина j(эк)0 для кабеля с резиновой и полиэтиленовой изоляцией и медными жилами составляет 3,9 А/мм2. Тогда аналитическое значение плотности тока:
Значение экономической плотности тока для кабелей с резиновой и полиэтиленовой изоляцией с медными жилами при Тм более 5000 часов составляет 2,7 А/мм2. Учитывая сложные условия экс