Преобразователи частоты в сфере добычи и перекачки нефти: требования и кейсы применения К750 и А650 ONI

На нефтедобывающих и нефтеперекачивающих станциях работают мощные электрические установки, которые обеспечивают добычу и транспортировку нефти на большие расстояния. Эффективность этих систем во многом зависит от электродвигателей, управляющих насосами.

Ключевым инструментом для оптимизации работы электродвигателей являются частотные преобразователи (ПЧ). В статье расскажем о требованиях к ПЧ в нефтяной отрасли и поделимся кейсами применения ПЧ серий K750 и A650 ONI на нефтеперерабатывающих предприятиях.

Необходимость применения ПЧ в промышленности

Преобразователь частоты управляет скоростью вращения электродвигателя в зависимости от требований технологического процесса, в котором используется электромотор. При нефтедобыче и перекачке суточный объем фракции нефти может варьироваться и зависит от текущей потребности, загрузки НПЗ и сезонных колебаний спроса.

Отсутствие преобразователя частоты может осложнить работу электродвигателя. Обычно в таком случае его запускают прямым пуском либо используют релейные схемы управления, что приводит к скачку пускового тока, дополнительным ударным механическим нагрузкам на привод и механизм, а также к значительным помехам в сети и просадке напряжения. Затем электродвигатель работает на постоянной частоте, независимо от потребности.

Такие режимы работы электродвигателя приводят к нескольким проблемам:

• избыточные и неконтролируемые затраты электроэнергии;
• высокие пусковые токи в системе;
• повышенный износ оборудования из-за работы на постоянной частоте в тяжелых режимах;
• невозможность регулирования работы электродвигателя;
• отсутствие обратной связи от электродвигателя и передачи информации в АСУ.

Применение преобразователя частоты поможет оптимизировать запуск электродвигателя, что значительно сокращает расходы на обслуживание техпроцесса и продлевает срок службы оборудования.

ПЧ K750 ONI: эффективное решение для нефтяной отрасли и тяжелых условий работы

Преобразователи частоты К750 ONI отлично справляются с ответственными промышленными задачами.

Преобразователь частоты K750 ONI создан специально для управления мощными асинхронными электродвигателями в промышленности. Эта модель зарекомендовала себя как надежное решение и широко применяется в нефтегазовой и химической промышленности.

ПЧ K750 может работать в замкнутом векторном контуре. Это позволяет с высокой точностью позиционировать вал двигателя и управлять его работой в различных режимах с контролем скорости и момента. Интеллектуальный режим энергосбережения существенно уменьшает потери электроэнергии, особенно при использовании ПЧ в легкой нагрузке. Например, вентилятор и насос имеют легкую нагрузку (в текучих средах).

Преимущества и особенности конструкции ПЧ K750:

• КПД до 98% — за счет современных микроэлектронных компонентов и IGBT от ведущих производителей.
• Высокая перегрузочная способность и стартовый пусковой момент свыше 200% — надежный запуск электродвигателя и стабильная работа в тяжелых условиях и в вязких средах.
• Лакокрасочное покрытие печатных плат до 500 микрометров — дополнительная защита электроники от пыли и агрессивных сред.
• STO-функция — безопасное отключение крутящего момента и питания электродвигателя по команде от системы безопасности.
• Поддержка одновременно двух плат расширения: протоколов Modbus TCP, Profinet, CanOpen и энкодера/резольвера.
• Широкий мощностной ряд: выходная мощность при U_ном 3Ф 380 В от 0,75 до 710 кВт.
• Русифицированный LCD-пульт управления с часами реального времени и micro-USB для обновления и прошивки ПЧ.

Применение ПЧ K750 ONI при добыче и перекачке нефти

ПЧ К750 активно применяется в нефтяной отрасли Российской Федерации с 2021–2022 гг. благодаря совместной работе дивизиона «Автоматизация» ONI и ООО «ТатАвтоматизация». Была поставлена задача разработать шкаф управления (ШУ) для электродвигателей привода станков качалок и гидроприводных установок, используемых при добыче нефти. Также необходимо было разработать ШУ насосных агрегатов по перекачке нефти в Республике Татарстан.

Для этой задачи к техническим характеристикам ПЧ применялись строгие требования. Он должен обладать перегрузочной способностью по току не менее 180% на протяжении 5–10 с, высоким пусковым крутящим моментом и при этом выходить на номинальную частоту менее чем за 1–2 секунды! Связь с контроллером и передача данных осуществляется по протоколу Modbus RTU, в дальнейшем запланирован переход на Modbus TCP. Отдельным требованием был расширенный перечень защит как ПЧ, так и электродвигателя: например, контроль напряжения ШПТ, ограничение тока и потеря выходной фазы, автоматический контроль крутящего момента с заданием предельных значений.

В качестве базовых ПЧ для управления электродвигателем станка качалки были предложены модели ПЧ К750 ONI номиналами 30–37 кВт и 37–45 кВт, полностью удовлетворяющие требованиям заказчика и технологического процесса.

ПЧ К750 ONI в составе шкафа управления на нефтеперерабатывающем предприятии.

Аналогичная модель ПЧ К750 ONI применяется в управлении насосными агрегатами для перекачки нефти. Работа системы построена следующим образом: датчик давления (напр. PPT-G-ST-025-4-20-3-2-F ONI) на выходе насоса контролирует текущее давление в трубе. Если давление находится в норме, ПЧ поддерживает предустановленные обороты двигателя для минимизации энергопотребления; если давление падает, то ПЧ увеличивает обороты для достижения необходимого значения давления.

Таким образом, ПЧ K750 плавно регулирует производительность системы и обеспечивает стабильный расход нефтяной фракции. Такой подход обеспечивает постоянное давление в магистрали, заметно снижает затраты на электроэнергию, уменьшает механический износ оборудования и продлевает его срок службы. На станциях с несколькими насосами или с каскадным управлением экономия электроэнергии позволяет быстро окупить инвестиции.

ПЧ К750 в системе управления насосными агрегатами для перекачки нефти.

ПЧ А650 ONI: каскадное управление группой насосов

ПЧ A650 ONI — специализированный частотный преобразователь, разработанный для насосного оборудования и управления группой насосов/вентиляторов. Он поддерживает каскадное управление группой насосов за счет специальной платы управления и платы расширения RO, а также обладает набором узконаправленных насосных функций.

Преимущества и особенности конструкции ПЧ A650:

• Выходная мощность при U_ном 3Ф 380 В: от 1,5 до 450 кВт.
• Перегрузочная способность по току: до 150% 3 с в легком режиме.
• Каскадное управление — поддержка до 8 насосов в общем каскаде (режимы: переменный/постоянный мастер и мультимастер).
• Поддержка промышленных протоколов: Modbus RTU встроенный; Profinet, Profibus, EtherCAT за счет платы расширения.
• Поддержка температурных датчиков Pt100/Pt1000 и дополнительных реле до 6 штук.

В Казахстане реализуется проект по транспортировке нефти и мазута на основе ПЧ A650 ONI. Задача схожа с аналогичной в России, ПЧ А650 выбран за счет возможности одновременного управления несколькими насосами (до четырех) в режиме переменного мастера, расширенной и удобной настройки режима сна, компактного размера с подключением при необходимости тормозного резистора.

ПЧ ONI соответствуют требованиям нефтяной отрасли РФ

Оба рассмотренных преобразователя частоты ONI — К750 и А650 — соответствуют основным требованиям, предъявляемым к оборудованию нефтегазовой промышленности:

• Функции автоматизации и контроля параметров.
• Удаленное управление и мониторинг данных.
• Функции безопасности (например, STO-функция) и встроенные защиты.
• Высокие перегрузочные способности и пусковые моменты.
• Наличие ЭМС-фильтра С3.
• Надежная работа в тяжелых условиях окружающей среды.
• Встроенный тормозной модуль и дроссель постоянного тока.

Преобразователи частоты ONI адаптируют работу насосных установок и электродвигателей к реальным технологическим процессам, снижая энергозатраты и защищая персонал, и продлевают срок службы оборудования.