ایستگاه پمپاژ نفت + تکنیک نصب اینورتر و بررسی سیوینگ انرژی این کاربرد

کاربرد اینورتر در ایستگاه پمپاژ نفت

☺️ سلام یوسف رجبی هستم تصمیم گرفتم در مقاله فوق به یکی از کاربرد های ویژه اینورتر ها در صنعت نفت و ایستگاه های پمپاژ نفت بپردازم.

Oil pumping station and using the inverter in this application

VFD in oil industry

پیشگفتار:

در حال حاضر به خاطر رشد و توسعه سریع صنعت نفت در کشور عزیزمان ایران، انرژی الکتریکی بیشتری نیاز است. به همین خاطر باید صرفه جویی بیشتری در انرژی صورت گیرد.

الکترو موتورهای ایستگاه پمپاژ نفت و دستگاه های مرتبط به عنوان مهم ترین بخش تجهیزات قدرتی، بیش از 80 درصد مصرف انرژی الکتریکی را در این صنعت به خود اختصاص داده اند.

“افزایش راندمان و 11 روش کاهش مصرف انرژی در ایستگاه های پمپاژ”

به طور طبیعی، این موتورهای ایستگاه پمپاژ نفت بر اساس شرایطی انتخاب می شوند

که می توانند در بار حداکثرو حد اکثر ظرفیت اجرا شوند.

به همین خاطر استفاده از اینورتور برای کنترل موتور ایستگاه پمپاژ نفت بسیار مفید خواهد بود. با اینحال، در حال حاضر اینورترهای  زیادی در دنیا و کشور تولید میشود ولی همه آنها نمی تواند به طور کامل نیازهای در حال تغییر و رشد صنعت نفت را برآورده سازد.

به همین خاطر، توسعه اینورترهای اختصاصی و کاستم کردن و مونتاز تابلو های اینورتر برای موتورهای پمپاژ نفت بسیار ضروری است و این امکان توسط تیم مهندسی الکترومارکت عملی است.

در طول اجرا و کار موتور ایستگاه پمپاژ نفت باید بار در حال تغییر را تحمل کند.

نسبت متوسط قدرت درخواستی سیستم به حداکثر قدرت خروجی در موتور  حدود 0.3 ~ 0.5 یا حتی پایین تر است.

دوره تغییر بار حدود 15 الی 20 ثانیه است. علاوه بر این، موتور ایستگاه پمپاژ نفت بار و گشتاور راه اندازی، استارت سنگین تری دارد اما با بار عملیاتی و در حال کار سبک تر ،نسبت گشتاور آغازین به گشتاور عملیاتی حدود 1.5 به 1.8 یا حتی برای چاه های نفت متراکم بالاتر است.

این نسبت همچنین برای دوره های مختلف استخراج نفت متفاوت است.

بنابراین، موتور ایستگاه پمپاژ نفت برای مدت طولانی در بار کمتر و ضریب توان اندک اجرا می شوند.

علاوه بر این، در چنین موتورهایی تلفات قابل ملاحظه ای به خاطر تولید برق یا همان ریجنریتیو وجود دارد.

تغییرات تصادفی در شرایط چاه های نفت نیازمند این است که جریان موجود تغییرات را دنبال کند تا بتواند نیازمندی ها را برطرف سازد.

الکترو موتور دستگاه پمپاژ نفت به عنوان یک وسیله الکتریکی با تبدیل فرکانس مبتنی بر بار برای اجرای قوانین موجود می تواند در مقدار زیادی از انرژی صرفه جویی کند.

توسعه و طراحی اینورتر ایستگاه پمپاژ نفت

Application in oil pumping machines

توسعه سیستم هایی همچون اینورتر ذخیره کننده انرژی که برای دستگاه های ایستگاه پمپاژ نفت مورد استفاده قرار می گیرد می تواند از قابلیت سافت استارت موتور استفاده کند.

“در این میان ضربه های دستگاه پمپاژ نفت را می توان به طور مرتب تنظیم کرد.

بنابراین، استفاده از اینورتر می تواند مزایای اقتصادی مستقیم و غیر مستقیم داشته باشد

و نقش بسیار مهمی در توسعه و ترویج صنعت استخراج نفت خواهد داشت.

دو حالتی که در ادامه بیان می شود

برای ساخت دوباره دستگاه های پمپاژ نفت در صنعت نفت استفاده می شود.

طراحی سیستم واحد:

بر اساس عواملی چون تغییرات ولتاژ شدید در باس DC و بزرگی بار و نیز محیط های عملیاتی سخت در میدان های نفتی، گروه مهندسی الکترومارکت پنل های اینورتر (VFD) را بر اساس قابلیت های دستگاه های پمپاژ نفتی که در میدان‌ های نفتی مورد استفاده قرار می گیرد توسعه داده است. این نوع اینورتر قابلیت های عملیاتی مختلف، گشتاور استارتر بالا، ظرفیت بالایی از پالس جریان  مقاومت و  موارد دیگر را دارد.  بعد از فرکانس قدرت و سیستم کنترلی، اینورترها به اینورترهای اختصاصی الکترومارکت که با پنل های مودولار کاستم شده اند تبدیل شده است که در موتورهای دستگاه های پمپاژ مورد استفاده قرار می گیرد.  تعداد زیادی از اینورترها سالانه برای اجرای چنین عملیاتی به کار گرفته می شوند.

نحوه عملکرد:

در طول کار دستگاه های پمپاژ نفت زمانی که انرژی الکتریکی  به خاطر اینرسی تامین می گردد، بخش DC اینورتر می تواند انرژی الکتریکی فیدبک را به شبکه تخلیه کند . اگر انرژی الکتریکی برگشتی زیاد باشد، واحد ترمز شروع به کار می کند و امنیت مدار باس DC را حفظ می نماید.  با اینحال به خاطر وجود سیستم های ریجنریتیو (regenerative) یا انرژی احیا شده استفاده شده، واحد ترمز به ندرت شانس کار کردن را پیدا می کند.

“ریجنریتیو چیست و راه حل های احیای انرژی برگشت”

بعد از استارت و راه اندازی اینورتر روی ایستگاه پمپاژ نفت چه اتفاقی می افتد؟

قابلیت ها و ویژگی های به دست آمده در ایستگاه پمپاژ نفت:

سیستم ازکار در فرکانس قدرت و تعویض فرکانس قدرت/ فرکانس متغیر در حالت توقف/ در حال کار پشتیبانی می کند.

اینکار با استفاده از فناوری باس DC انجام می شود. انرژی الکتریکی تولید شده توسط موتور دستگاه های پمپاژ نفت، به طور کامل در بخش های گرمایش الکتریکی  مورد استفاده قرار می گیرد تا در مصرف انرژی صرفه جویی شود. بنابراین بیش از 19 درصد انرژی الکتریکی را می توان با استفاده از الکتریسیته تولید شده و بدون کاهش فرکانس ذخیره کرد.

واحد ترمز و مقاومت ترمز معمولا انرژی الکتریکی بیشتری نسبت به انرژی تولید شده مصرف می کنند.

“بررسی انرژی ترمز درایوهای فرکانس متغیر در الکترومارکت”

افزایش ضریب توان می تواند  حالت غیر فعال را به فعال تبدیل کند و بار ترانسفورماتور  و شبکه برق را کاهش دهد. همچنین این گزینه می تواند تلفات فعالی که از جریان غیر فعال در شبکه برق  حاصل می شود را کمتر کند.

“برای بیشتر چاه های نفت،کاهش فرکانس می تواند کارایی و بهره وری دستگاه پمپاژ را بهبود ببخشد و حدود 20 الی 50 درصد انرژی را بدون  تاثیر بر روی تولید ذخیره نماید.

برای هر کدام از چاه های نفتی، از مراحل اولیه تزریق بخار تا مراحل نهایی، باید زمان  ضربه  از زیاد به کم تغییر پیدا کند.

تنظیم تسمه و قرقره نه تنها می تواند حجم کاری سنگین را بهبود ببخشد

بلکه قادر است شرایط عملیات را در مدت زمان کوتاهی فراهم آورد.

با اینحال اینورترهای کاستم و مونتاژ شده توسط گروه مهندسی الکترومارکت می تواند زمان ضربه و تکانه را به طور مستمر برای برطرف کردن نیازهای موجود تنظیم نماید.

برای زهکشی،افزایش فرکانس در یک دوره زمانی کوتاه می تواند تخلیه را شتاب ببخشد

و  شرایط خوبی را برای استخراج نفت فراهم آورد.

سیستم از سافت استارت برای جلوگیری از شکستن میله پشتیبانی می کند.

برای این آیتم، کارخانه استخراج نفت می تواند ماهانه 180/000/000 تا 300/000/000 تومان را ذخیره نماید.

قدرت و انرژی فعال در اجرای موتور در فرکانس شبکه حدود 12 کیلووات است.

قدرت فعال در عملیات مستقل اینورترهای مونتاژ شده توسط گروه مهندسی الکترومارکت حدود 9.48 کیلووات است.

تجزیه و تحلیل داده ها:

قدرت فعال در عملیات مستقل موتور 12 کیلووات است.

قدرت بعد از به کار بردن اینورتر حدود 9.48 کیلووات خواهد بود.

قدرت و انرژی ذخیره شده ایستگاه پمپاژ نفت:

100℅=21%.×12÷Power saved: 2.52KW; energy saving rate: 2.52

اصل صرفه جویی در انرژی به شرح زیر است:

در طول فرایند تولید برق، تنها زمانی که ولتاژ باس DC بالاتر از 660 ولت باشد واحد ترمز به کار می افتد.

بنابراین، انرژی توسط اینورتر ذخیره می شود.

تا در بخش های مختلف از آن استفاده شود.

بعد از اینکه اینورتر موتور و یونیت ریجنریتیو باس DC را به اشتراک گذاشتند،

قدرت فعال کلی مصرف شده حدود 68.68 کیلووات است .

قدرت در عملیات مستقل ریجنریتیو نیز حدود 12KW-(68.68KW- 61KW)=4.32KW خواهد بود.

نرخ صرفه جویی در انرژی حدود 100℅-36%.×12÷4.32 است.

بنابراین 15 درصد قدرت تولید کننده الکتریسیته توسط ریجنریتیو مورد استفاده قرار می گیرد.

به عبارت دیگر در مقایسه با اینورترهای معمولی استفاده شده در دستگاه های پمپاژ نفت، 15 درصد  از انرژی ذخیره می شود.

به راحتی می توان متوجه شد که جریان اینورتر زمانی که باس به اشتراک گذاشته می شود -30A-+61A است .

همین امر نشان می دهد که جریان 30 آمپری انرژی تامین شده برای یونیت ریجنریتیو از طریق تولید الکتریسیته از موتور دستگاه پمپاژ نفت است.

زمانی که باس به اشتراک گذاشته می شود ولتاژ520V-533V=21V است .

این موضوع نشان می دهد که  قدرت خروجی ریجنریتیو با تولید الکتریسیته می تواند افزایش پیدا کند.

بررسی های انجام شده نشان می دهد که زمان Stroke دستگاه پمپاژ نفت حدود 6 ثانیه است

 که هر دوره زمانی 10 ثانیه به طول می انجامد. زمان تولید الکتریسیته نیز 3.5 ثانیه است.

 برای تولید الکتریسیته می توان از موتور دستگاه پمپاژ نفت در چاه های نفت با کمک برگشت و احیای انرژی استفاده کرد.

زمانی که دستگاه پمپاژ نفت برق تولید می کند، انرژی الکتریکی به سمت یونیت ریجنریتیو جریان پیدا می کند

و همین امر موجب کاهش جریان منبع تامین قدرت در شبکه برق می شود و در انرژی صرفه جویی می کند.

برای 1725#، نرخ صرفه جویی در انرژی حدود 36 درصد است.

بنابراین می تواند  کاربرد اینورترها را در چنین دستگاه هایی ترویج داد.

برای حل مشکلات مرتبط با  فیدبک انرژی در طول عملیات استخراج نفت، بهتر است سیستم دوباره ساخته شود

و نرخ صرفه جویی در انرژی افزایش یابد.

برای دستگاه های پمپاژ نفت بدون بخش گرمایشی با فرکانس بالا،الکترومارکت یونیت ریجنریتیو بر پایه سیستم باس DC یک پارچه طراحی کرده است که می توان از آن در چهار الی هشت دستگاه پمپاژ استفاده کرد.  اینورتری که در حالت AC/DC کار می شود می تواند بخش یکسوساز و بخش وارونگی را جدا سازد.

این موضوع از ابعاد و هزینه سیستم میکاهد.

به همین ترتیب می توانیم  یکسوسازو اینورتر سیستم های اینورتر متعدد را از هم جدا کنیم

و بخش یکسوساز را به بخش مرکزی تبدیل نماییم

و اینورتر را از طریق باس DC به متصل کنیم تا  شبکه ای  برای اشتراک باس DC داشته باشیم.

 اگر فیدبک انرژی در موتور در حال کار وجود دارد، انرژی را می توان از طریق IGBT اینورتر به سایر اینورترها رساند.

اصل اجرای این سیستم در  شکل زیر نشان داده شده است:

با کاربرد اینورترهای متعدد و به اشتراک گذاری باس DC عملکرد، این سیستم در سیستم های خشک موفقیت آمیز بوده است و در مقایسه با  اجرای اینورترهای واحد ذخیره انرژی 17 درصدی به دست آمده است. از آنجایی که موتور با اجرای دستگاه پمپاژ نفت می تواند به طور مکرر برق تولید کند، صرفه جویی انرژی 20 درصد خواهد بود.  صنعت نفت یکی از حوزه های مهم برای اقتصاد هر کشور محسوب می شود و نقش استراتژیک در اقتصاد ملی بازی می کند. با اینحال، دستگاه های سنتی پمپاژ نفت در صنعت استخراج نفت به هزینه های عملیاتی بالایی نیاز دارند و کنترل بهینه آن ها بسیار دشوار است.

به همین خاطر، نه تنها انرژی الکتریکی به هدر می رود بلکه بهبود  تولید نفت خام نیز تحت تاثیر این موضوع قرار گرفته است.

اینورترهای اختصاصی گروه مهندسی الکترومارکت برای استفاده با موتورهای دستگاه های پمپاژ نفت و حالت باس DC رایج می تواند تولید و به کارگیری انرژی های موجود را بهینه سازد.

علاوه بر این سرعت Stroke دستگاه های پمپاژ نفت را می توان به صورت تصادفی بر اساس سطح مایع لایه نفتی در چاه های نفت تنظیم کرد تا:

• ضریب تولید افزایش یابد،
• انرژی ذخیره شود ،
• ضریب توان سیستم بهبود پیدا کند،
• کاربرد برق به طور موثر در سیستم ها انجام شود.

علاوه بر این، سیستم، محافظت هایی همچون:

• محافظت از اضافه بار،
• محافظت از اضافه ولتاژ،
• محافظت از ولتاژ پایین،
• محافظت از جریان بالا،
• محافظت از مدار
• محافظت از گرم شدن بیش از حد

را فراهم می کند.

این موضوع باعث می شود امنیت تجهیزات و موتورها تامین گردد.

“با تشکر از مطالعه شما .الکترومارکت را به اشتراک بگذارید.

“امید است مقاله فوق توانسته باشد قدری کوچک به کاهش مصرف انرژی در جامعه کمک کرده باشد.”

از فروشگاه ما دیدن کنید”

“نظرات شما را میخوانیم و به آن ها فکر میکنیم. اگر روش های دیگری را که حاصل از مطالعه و تجربه شما دوستان عزیز است خوشحال میشویم در قسمت نظرات عنوان فرمایید.

ما در 24 ساعت از 7 روز هفته منتظر شنیدن صدای شما هستیم
02165292580
02165295301