PETROM EPS Mentenanta

“ TEACHER ”

PROGRAM DE

PERFECTIONARE PROFESIONALA

Tema E10: Instalaţiile electrice din şantierele petroliere

I

2011

2

Instalaţiile electrice din şantierele petroliere

I Material pentru perfectionare profesionala Redactare: Ing. Vlad Colodeiciuc si ing. Andrei Horhoianu Coordonare: Ing. Paul Popescu Sef Serviciu Tehnic si Fiabilitate

3

Cuprins 1. Instalatiile electrice din santierele petroliere………………………………4 1.1 Introducere………………………………………………………………...4 1.2 Caracteristicile alimentarii cu energie a santierelor petroliere……………6 1.3 Specificul partii electrice a instalatiilor din santierele petroliere…………7 2. Echipamentul electric al instalatiilor din santierele de extractie……..…..8 2.1 Echipamentul electric al instalaţiilor de extracţie a petrolului prin pompaj de adâncime……………………………………………………………………..9 2.2 Echipamentul electric al instalaţiilor de comprimare a gazelor, tratare, depozitare şi transport ale ţiţeiului în şantierele de extracţie………………….19 2.3 Echipamentul electric al staţiilor de compresoare……………………….20 2.4 Echipamentul electric al staţiilor de pompare internă (în şantier) a

ţiţeiului……………………………………………………………………28 2.5 Echipamentul electric al instalaţiilor de pompare a apei pentru injecţie în

strat………………………………………………………………………..32 2.6 Instalaţii de tratare a ţiţeiului…………………………………………….41 2.7 Iluminatul electric în şantierele de extracţie……………………………..46

4

1. Instalatiile electrice din santierele petroliere

1.1 Introducere Industria petrolului şi a gazelor naturale cuprinde un complex de activităţi

foarte variate care pot fi separate în următoarele grupe: prospecţiuni geologice şi geofizice, forajul sondelor, carotaje şi măsurări în găurile sondelor, extragerea din zăcăminte a petrolului şi gaze naturale, tratarea şi depozitarea ţiţeiului, transportul ţiţeiului şi gazelor şi prelucrarea lor. Pentru realizarea acestui complex de activităţi, industria petrolieră este una din marile consumatoare de energie termică şi electrică. În unele sectoare de activitate ale acestei industrii, ca de exemplu în foraj şi extracţie, energia electrică a înlăturat în mare măsură celelalte forme de energie, în prezent ramura construcţiei de maşini şi echipamente electrice având un sector anume specializat pentru cercetarea, proiectarea şi producţia de instalaţii electrice pentru şantierele petroliere.

În şantierele petroliere de extracţie a ţiţeiului foarte răspândită este acţionarea electrică a pompelor de adâncime. În ţara noastră, pompajul de adâncime este cea mai răspândită metodă de extracţie a ţiţeiului (peste 70% din sondele de exploatare sunt dotate cu pompe de fund). Instalaţiile de pompaj (formate dintr-o pompă cilindrică cu piston de adâncime, o garnitură de prăjini, un cablu, balansier şi sistem bielă-manivelă) sunt acţionate practic (în exclusivitate) cu motoare electrice asincrone (prin intermediul unui reductor cu roţi dinţate). Sunt folosite motoare asincrone trifazate, special proiectate pentru acest gen de acţionare, cu rotorul în scurtcircuit, cu bare înalte şi întrefier mărit, cu alunecare mare (8-10%), în construcţie cu siguranţă mărită, cu tensiunea nominală 577/1000 V, cu viteza câmpului magnetic învârtitor de 750% rot/min (la 50Hz). Astfel, în prezent, pompajul de adâncime duce la un consum de energie electrică ce reprezintă circa 25% din totalul consumului înregistrat pentru întreaga industrie a petrolului. Acest fapt justifică interesul major ce trebuie acordat gospodăririi instalaţiilor electrice din şantierele petroliere de extracţie în vederea minimizării consumului de energie electrică.

Acţionarea electrică a pompelor de adâncime implică existenţa unei ample instalaţii electrice în şantierele petroliere de extracţie, formată din numeroase posturi de transformare, o întinsă reţea electrică de distribuţie a energiei electrice şi aparatajul aferent conectării motoarelor de acţionare ale pompelor (fiecare instalaţie de pompaj are o cabină cu separator de reţea, întreruptor automat, aparate de măsurat şi protecţie), dispozitive de compensare a puterii reactive (de îmbunătăţire a factorului de putere), precum şi un sistem de reanclanşare automată a motoarelor alimentate de la acelaşi post de transformare.

O aplicaţie particulară, specifică numai extracţiei ţiţeiului prin pompaj de fund, o reprezintă motoarele electrice submersibile. Extracţia cu astfel de motoare are o utilizare restrânsă (numai la debite mari şi pentru ţiţeiul cu conţinut mic de nisip în suspensie) şi foloseşte un sistem de acţionare electrică cu construcţie specială – un agregat cilindric compact motor-pompă centrifugă (denumit în şantiere şi REDA), cu diametru foarte mic şi lung de 2…3 m, care funcţionează scufundat în zăcământul de ţiţei exploatat. Pompele REDA au

5

puteri de 1…45 kW şi necesită un echipament special de alimentare cu energie electrică.

Acţionarea electrică în şantierele de extracţie mai este utilizată şi instalaţiile de colectare - tratare - depozitare şi transport ale ţiţeiului (în staţiile de compresoare din şantiere, în staţiile de pompare internă, în staţiile de pompare a apei pentru injecţia în strat ş.a.). Acţionarea electrică a compresoarelor şi pompelor din şantierele de extracţie (inclusiv a pompelor de vehiculare a ţiţeiului în instalaţiile de epurare, deshidratare si desalinizare) nu ridică probleme deosebite, în afara construcţiei motoarelor electrice şi a echipamentului electric aferent (realizată cu siguranţă mărită).

Utilizarea energiei electrice în şantierele de extracţie a gazelor naturale este mult mai restrânsă. După cum se ştie, gazele naturale se extrag din zăcământ prin sonde, exclusiv prin erupţie naturală (asigurată de energia de expansiune a gazelor şi de cea rezultată din împingerea marginală a apei din jurul zăcământului subteran). Deoarece pentru extragerea gazelor naturale nu este necesară energie suplimentară, energia electrică se foloseşte aici numai pentru controlul şi conducerea procesului de extracţie (de exemplu şi prin robinete de reglare acţionate electric).

În domeniul colectării, stocării şi transportului gazelor naturale, ţiţeiul şi produselor petroliere, acţionarea electrică se utilizează în staţiile de pompare a ţiţeiului sau a produselor petroliere şi în staţiile de compresoare a gazelor naturale (pentru transportul acestor gaze prin conducte magistrale). Acţionarea electrică a compresoarelor de gaze naturale şi acţionarea electrică a pompelor de ţiţei nu pune în principiu, probleme speciale, în afară de cele referitoare la asigurarea condiţiilor de securitate (antiexplozie), care se extind, evident, şi asupra echipamentelor electrice impuse de alimentarea cu energie electrică a motoarelor de acţionare (asincrone sau sincrone de mare putere.

Alte aplicaţii ale electrotehnicii în şantierele petroliere (în afara acţionării electrice) sunt de mai mică amploare dar au caracter cu totul specific industriei petrolului. Aşa sunt:

• aplicaţiile electrocăldurii . Un exemplu este deparafinarea electrică; ea se întâlneşte frecvent în şantierele de extracţie a ţiţeiului, acolo unde temperatura petrolului (în zăcământ, din cauza gradientului geotermic) este prea mare faţă de temperatura ţiţeiului ajuns la suprafaţă şi se produce parafinarea ţevilor de extracţie, ceea ce provoacă obturarea, uneori chiar totală, a ţevilor. Deparafinarea se face prin încălzirea ţevilor la temperaturi de 45… 050 C, care adesea se realizează pe cale electrorezistivă – prin încălzitoare cu rezistoare sau prin efectul termic al curenţilor turbionari induşi în ţeava de extracţie (încălzire prin inducţie) – cu încălzitoare de inducţie. Tot o aplicaţie a electrotermiei este şi sudarea cu arc electric, în instalaţiile de sudare electrică cu totul specifice domeniului fiind cele din şantierele de executare şi echipare a conductelor magistrale de transport a gazelor naturale şi produselor petroliere;

• aplicaţiile electromagneţilor . Un exemplu tipic îl constituie frânele şi cuplajele electromagnetice ale troliului instalaţiilor de foraj. Alte exemple, însă nespecifice domeniului, sunt mecanismele de execuţie cu

6

electromagneţi ale robinetelor cu telecomandă din instalaţiile de suprafaţă ale sondelor pentru extracţia gazelor naturale.

• aplicaţiile câmpului electric se întâlnesc, într-o formă cu totul particulară şi specifică domeniului, în instalaţiile de tratare a ţiţeiului din şantierele de extracţie, la deshidratare şi desalinare.

• iluminatul electric reprezintă o utilizare largă a energiei electrice în şantierele petroliere, fiind realizată sub forme specifice atât forajului cât şi extracţiei, dar mai ales staţiilor de compresoare a gazelor naturale şi staţiilor de pompare a ţiţeiului.

1.2 Caracteristicile alimentării cu energie electrică a şantierelor

petroliere Condiţiile specifice alimentării cu energie electrică a şantierelor

petroliere, impuse de condiţiile de lucru ale consumatorilor din şantiere sunt următoarele: 1. instalaţiile alimentate cu energie electrică sunt în cea mai mare parte montate la sondele răspândite pe suprafeţele foarte întinse ale şantierului, iar unele – în cazul forajelor speciale (cum este cel de pe platformele marine) – sunt situate în zone izolate, la distanţe mari de sistemul electroenergetic naţional; 2. puterile cerute la fiecare sondă sunt relativ mari, în special în cazul instalaţiilor de foraj, pentru care puterea poate atinge şi 2000 kW; 3. instalaţiile alimentate cu energie electrică (mai ales în şantierele de foraj şi în şantierele de construcţie a conductelor magistrale de transport a gazelor naturale şi produselor petroliere) nu au un caracter stabil şi permanent, ci depind de faza curentă din procesul tehnologic de exploatare a zăcămintelor de hidrocarburi fluide. În consecinţă, caracteristicile de putere absorbită şi de consum de energie electrică pentru o sondă (dar chiar şi pentru un grup de sonde dintr-un şantier) nu sunt constante nici chiar pe durate de timp scurte (schimb de 8 ore sau zi) şi nu se uniformizează nici pe durate lungi de timp. Astfel, pe fazele de lucru pentru un zăcământ petrolifer dat, situaţia este următoarea: - operaţiile de foraj necesită puteri foarte mari, dar cu o durată relativ scurtă (câteva luni), iar numărul de sonde dintr-un şantier aflate simultan în foraj (mai ales în aceeaşi fază tehnologică) nu este prea mare, - extracţia prin erupţie artificială necesită puteri puţin mai reduse, dar durata de lucru fiind mai mare puterea necesară pentru întreg ansamblul de sonde nu scade prea mult, - extracţia prin pompaj de adâncime cere puteri mult mai reduse astfel încât, deşi durata acestei operaţii este foarte lungă şi numărul de sonde foarte mare, puterea totală necesară este relativ mică.

Şantierele petroliere se încadrează în categoria consumatorilor pretenţioşi, a căror întrerupere în alimentarea cu energie electrică poate conduce nu numai la pierderea de producţie, ci şi la degradarea zăcământului sau deteriorări de utilaje. Din aceste motive, chiar daca puterea instalată este mai mică decât 50 kW, şantierele petroliere (de foraj, producţie şi transport) fac parte din categoria marilor consumatori, exceptaţi de la orice fel de limitări.

7

Funcţionarea normală a unei instalaţii acţionate electric este legată de îndeplinirea următoarelor condiţii:

- abaterile tensiunii să fie în limite normal acceptabile (±2.5%); - frecvenţa reţelei să nu varieze cu mai mult de ±1% (frecvenţă practic

constantă); - asigurarea continuităţii alimentării cu energie electrică. Prima condiţie se realizează prin alegerea raţională a schemei de alimentare

(transformatoare, secţiuni de conducte etc.) şi menţinerea factorului de putere în limitele prescrise (înlăturarea circulaţiei puterii reactive în reţelele electrice din interiorul şantierului).

Menţinerea frecvenţei practic constante intră în sarcinile sistemului energetic naţional, iar oscilaţiile frecvenţei determinate de variaţiile mari ale puterii active absorbite de consumatori sunt preluate în mod automat de grupurile generatoare ale sistemului energetic.

Continuitatea alimentării cu energie electrică este o condiţie ce ridică probleme mult mai complexe. Rezolvarea acestor probleme fără o bază ştiinţifică poate conduce fie la investiţii suplimentare, fie la alegerea unor scheme care să nu ofere siguranţă necesară.

Având în vedere legătura strânsă care există între schemele electrice de alimentare, transport şi distribuţie din interiorul şantierelor de petrol şi elemente de rezervă din aceste scheme, alimentarea cu energie electrică trebuie privită ca un proces unitar (între părţile: tehnică, energetică şi economică). Astfel analiza obiectivă a pagubelor pe care le-ar putea produce întreruperea în alimentarea cu energie electrică şi consecinţele acestei întreruperi exprimate sub formă bănească poate conduce la luarea de măsuri care să realizeze gradul de siguranţă dorit. Evidenţierea pagubelor pe care le-ar suporta economia naţională prin neprevederea unor măsuri care să limiteze numărul întreruperilor şi volumul investiţiilor care ar fi necesare pentru evitarea acestor întreruperi ne dă posibilitatea de a hotărî în mod fundamental asupra măsurilor ce urmează să fie luate. În acest sens, calculul siguranţei de funcţionare a instalaţiilor electrice din şantierele petroliere poate fi efectuat folosind datele statistice asupra comportării în exploatare a echipamentelor electrice şi a maşinilor electrice din şantiere. De aceea, serviciile energetice din şantierele petroliere trebuie să întocmească o evidenţă la zi (pe perioade mari de timp) a tuturor evenimentelor ce survin în instalaţiile electrice (întreruperi de alimentare, întreruperi tehnologice, defecte, avarii etc.) şi consecinţele lor economice şi tehnice.

1.3 Specificul păr ţii electrice a instalaţiilor din şantierele petroliere Specificul funcţional şi constructiv al echipamentelor electrice şi

maşinilor electrice din şantierele de foraj – extracţie – tratare – transport rezultă din caracteristicile proprii domeniului petrolier ale tehnologiilor, din condiţiile de exploatare şi funcţionare ale instalaţiilor petroliere şi din condiţiile de mediu din şantierele petroliere.

Astfel, caracteristicile procesului tehnologic de forare impun, pentru acţionarea troliului şi a mesei rotative, motoare cu caracteristici mecanice suple (cu scăderea rapidă a turaţiei la creşterea sarcinii), cu moment (cuplu) de pornire mare – în special la troliu, cu o capacitate de suprasarcină mărită şi cu multe

8

revărsări (inversări de sens de rotaţie). În acest scop, au fost proiectate motoare asincrone cu rotorul bobinat cu alunecare mărită, sau motoare de curent continuu cu caracteristici mecanice artificiale de tensiune cu pantă mare, toate destinate în mod special acţionării trolilor de foraj. Pentru realizarea unei concordanţe depline între caracteristicile de acţionare ale troliului de foraj şi caracteristicile mecanice ale motoarelor electrice, au fost realizate (în mod special pentru forarea sondelor) grupuri de maşini diesel-generator de c.c. – motor de c.c., sau motoare asincrone alimentate prin convertizoare statice de frecvenţă, precum şi motoare de c.c. alimentate de la redresoare comandate cu tiristoare, cu scheme specifice numai instalaţiilor de foraj.

Tehnologia extracţiei ţiţeiului prin pompaj de adâncime a impus proiectarea unui motor asincron cu rotorul în scurtcircuit special destinat acţionării instalaţiilor de pompaj cu prăjini caracterizat prin: raportul nP MM / (moment de pornire-moment nominal) mare (1.5 la 2.5) – pentru a putea accelera la pornire masele importante ale prăjinilor, coloanei de lichid şi contragreutăţilor; raportul

nMM /max = 2.3 … 3 (deci mare pentru a putea prelua variaţiile ciclice mari ale sarcinii, la fiecare cursă); curent de pornire redus (pentru a putea utiliza o reţea raţional dimensionată, deşi numărul unităţilor de pompaj alimentate de la un acelaşi post de transformare este destul de mare – peste 20 instalaţii de extracţie). S-a construit astfel un motor asincron cu rotorul în scurtcircuit special pentru pompajul de adâncime (care diferă de motoarele normale prin forma barelor rotorului şi prin modul lor de îngropare în crestături, prin dimensiunile mai mari ale întrefierului ş.a.).

2. Echipamentul electric al instalaţiilor de extracţie Rezervele naţionale de ţiţei şi gaze (determinate prin investigaţii geofizice

de precizie) fiind limitate, pe lângă soluţiile de exploatare extensivă (a zăcămintelor de mare adâncime şi a celor de pe platforma continentală a Mării Negre), problema măririi factorului final de recuperare – ca soluţie de exploatare intensivă – capătă o deosebită importanţă. Tehnologia de extracţie devine, din acest punct de vedere, o problemă de optimizare în cadrul metodei impuse de condiţiile de zăcământ.

Din punct de vedere al disponibilităţilor de acţionare, al posibilităţilor de comandă de la distanţă şi al automatizării, corelate cu criterii economice, acţionarea electrică a instalaţiilor de extracţie din zăcămintele a căror energie internă este insuficientă aducerii ţiţeiului sau gazelor naturale la suprafaţă, are cea mai largă răspândire.

Deoarece echipamentele electrice aferente extracţiei ţiţeiului prin erupţie artificială continuă sau intermitentă (staţiile de compresoare) fac obiectul unui alt capitol, în capitolul de faţă vor fi tratate problemele de acţionare electrică a instalaţiilor de pompare cu prăjini şi a pompelor centrifuge de fund prevăzute cu motoare electrice submersibile.

Extracţia gazelor naturale nu comportă probleme de acţionări şi instalaţii electrice, mai puţin posibilitatea comenzii prin motor electric a robinetelor.

9

2.1 Echipamentul electric al instalaţiilor de extracţie a petrolului prin pompaj de adâncime

Pompajul de adâncime cu prăjini reprezintă cel mai utilizat sistem de extracţie, ponderea sa fiind determinată de multiple avantaje de proiectare, realizare, exploatare şi economicitate: proiectare relativ simplă, construcţie robustă, fiabilă, transfer comod al echipamentului de la o sondă la alta, adaptabilitate mare prin variaţia regimului de pompare, posibilitatea măsurării la suprafaţă a unor parametri definitorii pentru procesul extracţiei etc. Extracţia prin pompaj de adâncime cu prăjini este aplicabilă şi sondelor cu diametru redus, zăcămintelor cu energie internă foarte mică, temperatură şi vâscozitate ridicate

Schema funcţională a instalaţiei, reprezentată în figura 2-1, pune în evidenţă elementele constructive principale: coloana ţevilor de extracţie, în care se introduce pompa, acţionată prin prăjini şi echipamentul de suprafaţă alcătuit din balansierul – care determină deplasarea ciclică a garniturii de prăjini, sistemul motor, reductor, manivelă, bielă şi cabina de alimentare şi comandă fixată de stâlpul de beton. Datorită variaţiilor sarcinii în timpul unui ciclu de pompaj, atât la urcarea, cât şi la coborârea ansamblului pompă – prăjini, cuplul mecanic la arborele motorului va avea configuraţia din figura 2-2, a. Se impune atunci echilibrarea instalaţiei, mecanic (oscilant, rotativ sau mixt) sau pneumatic, rezultând o variaţie a cuplului ca în figura 2-2, b. În figura 2-1 este reprezentată plasarea maselor pentru echilibrarea oscilanta. La marea majoritate a instalaţiilor motoarelor de acţionare sunt motoare electrice.

Figura 2-1 Schema instalaţiei de pompare cu prăjini

10

Figura 2-2 Diagrama cuplului M la reductorul instalaţiei de pompaj în funcţie de poziţia

a manivelei

Motoare electrice de acţionare a unităţilor de pompare. Motoarele utilizate sunt motoare asincrone trifazate, cu rotorul în scurtcircuit. Pentru îmbunătăţirea condiţiilor de pornire, din punctul de vedere mecanic (creşterea cuplului de pornire), dar şi electric (micşorarea curentului de pornire), se utilizează motoare asincrone cu efect particular, cu dublă colivie rotorică sau colivie cu bare înalte. Principiul utilizat pentru îmbunătăţirea caracteristicilor în regimul de pornire este creşterea rezistenţei rotorice în acest regim. În acest mod, cuplul electromagnetic va evolua la pornire pe caracteristica 1 – corespunzătoare rezistenţei rotorice mărite pR2 , iar în regim nominal de turaţie

pe caracteristica 2 – corespunzătoare rezistenţei rotorice 2R (fig. 2-3) În cazul motorului cu bare înalte, la care înălţimea barelor (h) este mult mai mare decât lăţimea lor (b), datorită configuraţiei liniilor de câmp magnetic (fig. 2-4a), în accepţiunea considerării barei ca fiind formată din conductoare elementare fictive, la pornire, reactanţa de dispersie a conductorului de la baza crestăturii este mult mai mare decât rezistenţa lui, deoarece frecvenţa curenţilor rotorici este practic egală cu a celor statorici (50 Hz). Din acest motiv curentul la pornire este refulat spre întrefier (fig. 2-4b, caracteristica 1), astfel încât rezistenţa rotorului creşte, deoarece este practic parcursă de curent doar porţiunea dinspre întrefier a barei. La turaţia nominală efectul reactanţei este neglijabil, datorită scăderii curenţilor indusului, deci densitatea de curent în bară este aproape uniformă (fig. 2-4 caracteristica 2), determinând scăderea rezistenţei rotorice. În figura 2-5 este redată o familie de curbe reprezentând variaţia rezistenţei rotorice 2R cu alunecarea, având ca parametru raportul dimensiunilor barei rotorice, h/b. Motorul cu dublă colivie rotorică urmăreşte acelaşi efect al refulării curentului spre întrefier. Colivia plasată către întrefier se realizează într-o geometrie care să-i ofere o rezistenţă mare şi o dispersie redusă (colivia P, fig. 2-6). colivia de lucru (L, fig. 2-6) mai îndepărtată de întrefier, va avea o rezistenţă mai mică şi o dispersie mai mare. La pornire, reparaţia densităţii de curent, se va face, datorită frecvenţelor rotorice mari, în raport cu reactanţele de dispersie. Ca urmare, curenţii rotorici se vor închide, aproape în totalitate, prin colivia de pornire deci printr-o rezistenţă ridicată, asigurând prin aceasta creşterea cuplului de pornire. În regim de lucru, frecvenţa rotorică fiind mică, curentul va fi repartizat după valoarea rezistenţelor, ca urmare a scăderii sensibile a

11

reactanţelor de dispersie, deci se va lucra practic numai cu colivia L, cu rezistenţă mai mică.

Figura 2-3 Variaţia cuplului M al motorului asincron în funcţie de alunecarea S pentru

valori diferite ale rezistenţei rotorice

Figura 2-4 Efectul de refulare la colivia cu bare înalte a motoarelor asincrone (J –

densitatea de curent în bară)

Motoarele utilizate la unităţile de pompare sunt motoare cu efect pelicular, cu alunecare mărită. Producătorii indigeni de astfel de motoare sunt U.M.E. Bucureşti (seriile ASA şi AE) şi „Electromotor” Timişoara (seria ASI).

Figura 2-6 Varia ţia rezistenţei rotorice în funcţie de

alunecarea s la motoarele asincrone cu bare înalte

Figura 2-5 Diversele forme ale crestăturii rotorice la motoarele asincrone cu dublă

colivie

12

În tabelul 2-1 sunt prezentate motoare utilizate în mod curent în instalaţiile de extracţie prin pompaj cu prăjini.

TIP

UL

M

OT

OR

UL

UI

Put

ere

a [k

W]

Tur

aţia

[r

ot/m

in]

Cur

ent

ul n

omin

al l

a 38

0 V

Ra

nda

me

ntul

[%

]

cos

n

p

I

I

n

p

M

M

nM

M max

2GD 3mkgf ⋅

Ma

sa n

etă

[kg]

SERIA ASI ASI-100L-28-4 3 1420 6.99 80.5 0.81 6.5 2.2 2.4 0.042 32 ASI-112L-28-4 4 1425 9.04 82 0.82 6.5 2.2 2.4 0.052 42 ASI-132S-38-4 5.5 1140 11.59 84 0.83 6.5 2 2.2 0.115 60 ASI-132M-38-4 7.5 1435 15.88 85.5 0.84 6.5 2 2.2 0.147 72 ASI-160M-42-4 11 1440 22.89 87 0.84 6.5 2 2.2 0.314 103 ASI-160L-42-4 15 1440 30.68 88 0.845 7 2 2.2 0.411 140 ASI-180M-48-4 18.5 1460 37.19 89 0.85 7 1.8 2.2 0.4312 137 ASI-180L-48-4 22 1460 43.98 89.5 0.85 7 1.8 2.2 0.434 156 ASI-200L-55-4 30 1460 59.30 90 0.855 7 1.8 2.2 0.870 216 ASI-225S-60-4 37 1465 72.6 90.5 0.855 6.5 2.5 2.7 2.3 385 ASI-225M-60-4 45 1465 87.4 91 0.86 6.5 2.5 2.7 2.6 385 ASI-250M-65-4 55 1465 106 92 0.86 6.8 2.6 2.8 3.1 420 ASI-280S-75-4 75 1470 141 92 0.88 7 2.5 2.7 5.3 590 ASI-280M-75-4 90 1470 167 93 0.88 7 2.5 2.7 6.4 660 ASI-132S-38-6 3 955 7.7 79 0.75 6 1.8 2 0.157 61 ASI-132M-38-6 4 960 9.88 81 0.76 6 1.8 2 0.193 72 ASI-132L-38-6 5.5 960 13.09 83 0.77 6 1.8 2 0.206 74 ASI-160M-42-6 7.5 960 17.41 84 0.78 6 1.8 2 0.447 110 ASI-160L-42-6 11 960 27.46 85 0.755 6 1.8 2 0.613 115 ASI-180L-48-6 15 960 32.75 86 0.81 6 1.8 2 0.582 144 ASI-200M-55-6 18.5 970 39.44 87 0.82 6.5 1.6 2 1.04 169 ASI-200L-55-6 22 970 45.81 88 0.83 6.5 1.6 2 1.02 186 ASI-225M-60-6 30 975 59.3 90.5 0.85 6.5 2.2 2.6 4 360 ASI-250M-65-6 37 975 72.7 91 0.85 6.8 2.6 2.8 4.8 430 ASI-280S-75-6 45 980 86.4 92 0.86 6.5 2.4 2.6 7.2 500 ASI-280M-75-6 55 980 106 92 0.86 6.5 2.4 2.6 9.1 580 ASI-315S-80-6 75 980 141 93 0.87 6.8 2.2 2.4 12.3 690 ASI-132M-38-8 3 710 8.35 78 0.7 5 1.7 2 0.239 71 ASI-160S-42-8 4 720 10.6 80 0.72 5 1.7 2 0.466 89 ASI-160M-42-8 5.5 708 13.96 81.5 0.735 5.5 1.7 2 0.466 97 ASI-160L-42-8 7.5 708 18.32 83 0.75 5.5 1.6 2 0.688 121 ASI-180L-48-8 11 720 26.05 84.5 0.76 5.5 1.6 2 0.691 146 ASI-100L-55-8 15 720 34.45 86 0.77 5.5 1.6 2 1.122 184 ASI-225S-60-8 18.5 730 40.5 89 0.78 6 2 2.2 3.6 340 ASI-225M-60-8 22 730 47 90 0.79 6 2.2 2.4 4 360 ASI-250M-65-8 30 730 62.6 91 0.8 6 2.2 2.4 4.8 430 ASI-280S-75-8 37 730 76.3 91 0.81 6.5 2.2 2.4 9.1 570 ASI-280M-75-8 45 730 90.6 92 0.82 6.2 2.3 2.5 10.1 625 ASI-315S-80-8 55 730 109 92.5 0.85 6.5 2.3 2.5 2.3 690 SERIILE ASAM ŞI AEM ASAM-132S-4 5.5 1435 11.9 85.5 0.823 6.0 2.5 2.65 0.145 95

13

9 6 ASAM-132M-4 7.5 1400 16.2 84 0.842 5.8

6 2.24

2.4 0.175 108

ASAM-225S-4 37 1460 74.5 88 0.885 7.5 2.5 2.2 2.1 ASAM-225M-4 45 1470 89 89 0.86 8 2.5 2.2 2.5 AEM-160M-4 10 1440 20.3 87 0.85 6 1.5 2.2 165 AEM-160L-4 13 1450 25.8 88 0.86 6 1.5 2.2 185 AEM-180M-4 17 1450 33 89 0.87 6 1.5 2.2 205 AEM-200S-4 22 1460 42.2 89.5 0.875 6.5 2.2 2.2 265 AEM-200M-4 30 1460 57 90 0.88 6.5 2.2 2.2 590 AEM-200M-4 30 1460 57 90 0.88 6.5 2.2 2.2 290 ASAM-132S-6 3 945 6.9 81.8 0.809 6.5

2 2.58

2.35 0.14 95

ASAM-132Ma-6 4 965 9.15 84.7 0.783 7 2.45

2.65 0.18 108

ASAM-132Mb-6 5.5 930 12.3 82.7 0.833 6.35

2.78

2.8 0.25 108

ASAM-225M-6 30 975 65 87.5 0.8 7 2 2 3.3 AEM-160S-6 5.5 940 12.5 84 0.79 6 1.6 2 150 AEM-160M-6 7.5 950 16.6 85 6 6 1.6 2 165 AEM-180S-6 10 950 21.6 86 0.81 6 1.5 2 190 AEM-180M-6 13 960 27.8 87 0.82 6 1.5 2 205 AEM-200S-6 17 960 35 88 0.83 6 1.5 2 265 ASAM-132S-8 2.2 715 5.8 80 0.723 5 2.0

8 2.16 0.14 95

ASAM-132M-8 3 725 7.6 82 0.732 5.61

1.92

2.23 0.18 108

ASAM-225S-8 18.5 730 43 87 0.75 7 2 2 2 ASAM-225M-8 22 730 51 87 0.75 7 2 2 3.3 AEM-160S-8 4 710 10.3 80 0.73 6 1.6 2 150 AEM-160M-8 5.5 710 13.5 82 0.75 6 1.6 2 165 AEM-180S-8 7.5 720 17.45 84 0.77 6 1.6 2 190 AEM-180M-8 10 720 22.5 86 0.78 6 1.5 2 205 AEM-200S-8 13 725 28.4 87 0.79 6 1.5 2 265 AEM-200M-8 17 725 36.1 88 0.8 6 1.5 2 290 SERIA AE2 AE2-160,-4 10 1440 20.3 87 0.85 6 1.6 2.2 165 AE2-160L-4 13 1450 25.8 88 0.86 6 1.5 2.2 185 AE2-180M-4 17 1450 33 87 0.87 6 1.5 2.2 205 AE2-200S-4 22 1460 42.2 89.5 0.875 6.5 2.2 2.2 265 AE2-200M-4 30 1460 57 90 0.88 6.5 2.2 2.2 290 AE2-250S-4 40 1470 75 90.5 0.885 6.5 1.5 2.2 500 AE2-250M-4 55 1470 102 91 0.89 6.5 1.6 2.2 610 AE2-280S-4 75 1480 138 91.5 0.895 6.5 1.8 2.2 760 AE2-280M-4 100 1480 182 92 0.9 6.5 2 2.2 895 AE2-160M-6 7.5 950 16.6 85 0.8 6 1.6 2 165 AE2-180S-6 10 950 21.6 86 0.81 6 1.5 2 190 AE2-180M-6 13 960 27.8 87 0.82 6 1.5 2 205 AE2-200S-6 17 960 35 88 0.83 6 1.5 2 265 AE2-200M-6 22 970 44 89 0.84 6 1.5 2 290 AE2-250S-6 30 970 58.8 90 0.85 6.5 2 2 500 AE2-280S-6 55 980 104.3 91 0.87 6.5 2 2 760 AE2-280M-6 75 985 140.5 91.5 0.88 6.5 2.2 2.2 895

14

AE2-160S-8 4 710 10.3 80 0.73 6 1.6 2 150 AE2-160M-8 5.5 710 13.5 82 0.75 6 1.6 2 165 AE2-180S-8 7.5 720 17.45 84 0.77 6 1.6 2 190 AE2-180M-8 10 720 22.5 86 0.78 6 1.5 2 205 AE2-200S-8 13 725 28.4 87 0.79 6 1.5 2 265 AE2-200M-8 17 725 36.4 88 0.8 6 1.5 2 290 AE2-250S-8 22 730 46 89 0.81 6.5 1.7 2 500 AE2-250M-8 30 730 61 90 0.82 6.5 1.8 2 610 AE2-280S-8 40 735 80 90.5 0.83 6.5 1.9 2 760 AE2-280M-8 55 735 108 91 0.84 6.5 1.9 2 895

Tabelul 2-1 Caracteristicile tehnice ale motoarelor asincrone utilizate la unităţile de pompare cu prăjini

Datorită specificului mediului de lucru, motoarele se realizează în construcţie antideflagrantă, protejată sau antiexplozivă, ultima literă a codului (A, I, E) reprezentând, respectiv, aceste tipuri de protecţie. În codul motoarelor se mai pot identifica: distanţa ax-talpă, în milimetri (grupa centrală a codului), lungimea carcasei, definită prin simbolurile S-scurtă, M-medie, L-lungă şi numărul de poli ai statorului (ultima cifră a codului). În Rusia şi S.U.A se utilizează, în prezent, motoare asincrone cu alunecare foarte mare, până la 41% sau motoare cu două viteze. Modificarea turaţiei rotorice, la acestea din urmă, se face modificând artificial numărul de perechi de poli ai statorului. Deoarece relaţia care determină turaţia de sincronism 1n (în rot/min) este:

(2.1)

unde 1f este frecvenţa curenţilor statorici (50 Hz) şi p – numărul de perechi de poli statorici, se obţine, de exemplu, pentru p= 2(a) şi p=1(b,c) prin legarea bobinelor în serie, respectiv în paralel.

Dintre avantajele utilizării motoarelor cu alunecare foarte mare şi a celor cu două viteze menţionăm: factorul de putere îmbunătăţit, eforturi unitare în garnitura de prăjini diminuate, creşterea randamentului de pompare cu până la 30% posibilitatea pompării fluidelor de viscozitate ridicată ş.a. Deoarece în şantierele de producţie din ţara noastră aceste motoare nu s-au introdus încă, ponderea în dotarea unităţilor de pompare o deţin motoarele asincrone cu efect pelicular cu alunecare mărită (8-10%) descrise anterior. Aceste motoare au o caracteristică mecanică (fig. 2-8a) superioară,

Figura 2-7 Modul de conectare a bobinelor

statorice pentru modificarea turaţiei motorului asincron

Figura 2-8 Caracteristicile mecanice ale unor motoare

asincrone

15

din punct de vedere al cuplului de pornire şi elasticităţii motoarelor cu cuplu de pornire normal (fig. 2-8c) şi alunecare normală (fig. 2-8b). În condiţiile de sarcină variabilă, specifice pompajului de adâncime cu prăjini, motoarele de alunecare mărită furnizează aceeaşi putere ca şi cele cu alunecare normală, la un consum cu 7-10% inferior acestora din urmă. În schimb, la valoarea nominală a cuplului, randamentul şi factorul de putere sunt inferioare celor ale motoarelor în construcţie normală, ceea ce face ca utilizarea lor să nu fie recomandabilă la sarcini constante. Motoarele sunt proiectate pentru un serviciu nominal de tip continuu, la temperatura ambiantă de 030− C la 040+ C şi umiditate maximă 80% la temperatura de 025+ C. În cataloagele întreprinderilor producătoare, ca şi în tabelul 2-1, curentul nominal( nI ) corespunde tensiunii de linie a reţelei de alimentare(380V), însă toate tipurile prezentate se realizează la tensiuni de linie nominale de 220 V, 380 V, 500 V, 660 V. În general, sunt alimentate mai multe instalaţii de pompare de la acelaşi post de transformare, dar dacă unitatea este izolată ca amplasament, va avea propriul ei post de transformare, plasat la o distanţă de cel puţin 30 m de gura sondei Alimentarea, comanda şi protecţia motorului. Configuraţia instalaţiei electrice de forţă aferente unităţii de pompare este prezentată în două vederi, în figura 2-9.

Figura 2-9 Instalaţia electrică de forţă a unităţilor de pompare

Pe stâlpul de beton 3 este montat separatorul tripolar de exterior 1, acţionat prin dispozitivul 2, de la care cele trei cabluri coboară, printr-o ţeavă de protecţie 4, spre cabina CMPA sau CUP 5, aflată la partea inferioară a stâlpului. În faţa cabinei se află un pod izolant 6. Legătura între cabină şi motor se face prin cablu subteran, protejat prin ţeavă numai în zona fundaţiei stâlpului şi la ieşirea spre motorul de acţionare 7 al unităţii de pompare. Cotele de gabarit din

16

figură sunt cote tipizate pentru instalaţiile acţionate de motoare cu puteri până la 55 kW.

Figura 2-10 Instalaţia de legare la pământ prin folosirea prizelor artificiale de la

unităţile de pompaj al petrolului

Figura 2-12 Cabina de tip CUP pentru

acţionarea şi automatizarea unităţilor de pompare

Instalaţia de legare la pământ prin utilizarea prizelor artificiale este prezentată detaliat în fig. 2-10. Se face legătura la pământ a tuturor părţilor metalice care, în mod normal, nu sunt parcurse de curent, însă în mod accidental, pot primi tensiune, ca de exemplu: armătura stâlpului de beton, cadrul metalic al separatorului, dispozitivul de acţionare, cabina CMPA (CUP), ţeava metalică de protecţie a cablului, carcasa motorului electric, turla (mastul) etc. Valoarea rezistenţei de dispersie a prizelor artificiale nu trebuie să depăşească 4Ω .

În fig. 2-10 s-au indicat: gura sondei 9, stâlpul de beton 2 cu cabina CMPA 4 şi separatorul STE 3, fundaţia instalaţiei de pompare 7 cu motorul electric 6 plasat pe ea. Legarea la pământ se face prin intermediul benzii de oţel, cu secţiunea 440× mm (1) sau 425× mm (5 şi 8) şi electrozii de adâncime 3''2 ×Φ m (10). Legarea la pământ se mai poate executa prin prize naturale, folosind coloana de adâncime a sondei.

Figura 2-11 Cabina de exterior de tip CMPA pentru acţionarea şi automatiazarea

unităţilor de pompare

17

După mărimea unităţii de pompare deci, implicit şi după puterea motorului electric de antrenare, cabinele de exterior pentru acţionarea acestuia pot fi de tip CUP sau CMPA. Cabina CUP (cofret unitate pompare) reprezentată în fig. 2-11, se utilizează pentru motoarele cu puterea în gama 5.5-17 kW, alimentate la tensiunea de linie de 500V şi asigură următoarele funcţii: conectarea şi deconectarea motorului, protecţia la scurtcircuit şi suprasarcină, anclanşarea automată temporizată a motorului la reapariţia tensiunii şi alimentarea cu 220 V c. a. a iluminatului de exterior al sondei. Pornirea motorului se realizează prin comutatorul 1 – pornire cu temporizare sau prin comutatorul 1şi butonul de pornire 4 – pornire instantanee. Comutatorul 5 comandă instalaţiile de iluminat de securitate, adică iluminatul turlă şi far. În figură se pot identifica şi contactorul principal 6, transformatorul de 500/220 V pentru iluminat şi circuite de comandă 3 şi siguranţele fuzibile 2. Alimentarea cabinei se face pe la partea superioară, iar ieşirea cablului spre motor se realizează pe la partea inferioară. Schema electrică de principiu CUP este apropiată de cea a cabinei CMPA, ce va fi prezentată în continuare. Cabina CMPA (cabină de măsură, protecţie şi acţionare), a cărei configuraţie este reprezentată în figura 2-12, în varianta de lucru la tensiunea de linie 500 V se utilizează pentru toată gama de puteri a electromotoarelor unităţilor de pompare de 5.5-100 kW şi asigură, pe lângă funcţiunile CUP, îmbunătăţirea factorului de putere al instalaţiei, prin intermediul bateriei de condensatoare tip CU 0.5-15-3 şi funcţionarea programată (cu pauză) a unităţii de pompare. Dotarea cabinei cu dispozitivele aferente acestor două funcţiuni suplimentare se face la cererea beneficiarului. În fig. 2-12 se pot identifica: siguranţele rapide pentru protecţia la scurtcircuit 1, conductorul principal 2, prevăzut cu relee termice pentru protecţia la suprasarcină, releul de temporizare 3, siguranţele circuitelor de comandă şi iluminat 4, transformatorul de 1.6 kVA 500/220 V, 5, condensatoarele de compensare a puterii reactive 6. Cabina este prevăzută cu comutatorul 7 şi butonul 8 pentru pornire instantanee sau automată (cu temporizare), comutatorul 9 pentru conectarea circuitelor de iluminat exterior şi ampermetrul 10 conectat printr-un transformator de curent pe una din fazele circuitului de alimentare. Elementele componente pot fi urmărite, ca rol funcţional, în schema electrică de principiu, din fig. 2-13. Pornirea motorului se face prin butonul de pornire BP sau prin intermediul releului cu temporizare RT, ambele anclanşând releul principal K al contactorului plasat în circuitul de forţă. Releul intermediar R1, a cărui bobină este alimentată prin contactul blocului relee – sarcină BRS, asigură decuplarea întregii, scheme de comandă, în cazul situaţiilor de suprasarcină. Alimentarea cu pauză a schemei de comandă, deci a motorului, este realizată de programatorul PSI. Instalaţia electrică este prevăzută şi cu descărcătoarele cu rezistenţă variabilă DRV de 0.5 kV pentru protecţia la supratensiuni atmosferice. Gradul de protecţie al cabinelor este IPW 33. Cabina CMPA se realizează şi în varianta constructivă CMPA – 1 kW pentru şantierele petroliere cu reţele de distribuţie a energiei electrice de 1000V. Cabinele se execută în varianta AL (cu automatizare locală), realizând şi o

18

deconectare temporizată a motorului la dispariţia presiunii pe conducta de refulare a ţiţeiului. Lucrându-se în principal, cu motoare asincrone cu tensiunea nominala de 500 V, pe fiecare faţă statorică, în acest caz, al alimentării de la reţeaua trifazată de 1000 V, motorul se va lega în conexiune stea.

În toate cazurile, datorită tipizării întregului echipament de extracţie prin pompaj cu prăjini, în comanda către furnizorul cabinelor CUP şi CMPA trebuie precizate numai tensiunea de alimentare, puterea sau curentul nominal al motorului şi varianta funcţională a cabinei. De asemenea, trebuie comandate separat condensatoarele pentru compensarea puterii reactive.

Figura 2-13 Schema electrică a cabinei CMPA 500 V, varianta cu programator

Calculul puterii reactive a bateriei de condensatoare ( cQ ) se face ţinând seama de puterea reactivă la mersul în gol al motorului ( 0mQ ):

(2.2)

Pentru motoarele cu putere nominală 30≥nP kW, se poate utiliza, cu bună aproximaţie, relaţia:

(2.3)

Dacă tensiunea reţelei ( rU ) este diferită de tensiunea nominală a condensatoarelor (ncU ), puterea reactivă a acestora va fi corelată la valoarea:

19

(2.4)

Suprasarcinile admise condensatoarelor sunt standardizate, ele fiind – în raport cu valorile nominale:

(2.5)

Montarea bateriilor de condensatoare, în cabina CMPA, se face de către beneficiar. La instalaţiile de putere mare, compensarea puterii reactive este obligatorie.

2. 2 Echipamentul electric al instalaţiilor de comprimare a gazelor, tratare, depozitare şi transport ale ţiţeiului în şantierele de extracţie

Din momentul în care începe exploatarea unui zăcământ, ţiţeiul extras prezintă un anumit procent de apă şi de impurităţi mecanice. La începutul extracţiei, procentul acestor elemente de impuritate este mic 0.1 la 0.4%, însă pe măsură ce durata exploatării creşte se produce şi o creştere a acestui procent. Astfel, conţinutul de apă în ţiţei creşte în timp şi el poate ajunge, la un moment dat, să fie 60 la 80% sau chiar mai mult, depăşind limitele rentabile de exploatare a sondelor.

În mod obişnuit apa provine din straturile adiacente sau din injecţia exterioară realizată în scopul recuperării mai efective a ţiţeiului din strat, în timp ce impurităţile mecanice provin din roca stratului, antrenată de curgerea ţiţeiului spre gaura de sondă. Din analiza diverselor tipuri de ţiţeiuri rezultă că apa de sondă are un mare conţinut de săruri (cloruri, sulfaţi, silicaţi, carbonaţi oxizi metalici) , în care însă predomină clorura de sodiu. Ca formă de prezentare însă, apa din ţiţei se prezintă ca: apă liberă (care se separă imediat la trecerea ţiţeiului prin separatorul de gaze), apa în suspensie şi emulsiile. Prezenţa sărurilor şi a apei în cele două forme din urmă impun tratarea ţiţeiului în două trepte: deshidratarea şi apoi desalinarea acestuia, deşi instalaţiile tehnologice moderne prevăd o tratare unitară a ţiţeiului în cadrul unui proces tehnologic complex.

De fapt tratarea primară (deshidratarea şi desalinarea) ţiţeiului se realizează în două moduri:

- deshidratarea (ceea ce înseamnă şi o desalinare parţială) efectuată în şantierul petrolier, iar desalinarea în rafinărie;

- deshidratarea şi desalinarea efectuate în şantier. Fiecare din aceste moduri are unele avantaje şi dezavantaje, dar se pare că

tendinţa modernă este aceea a pregătirii complete a ţiţeiului (până la limita prelucrării sale directe) în cadrul şantierului producător, de aceea aici se regăsesc instalaţii de tratare primară a ţiţeiului.

O problemă deosebită o prezintă ţiţeiurile parafinoase (chiar şi cele mai puţin parafinoase), în cazul cărora se produce parafinarea ţevilor instalaţiei de extracţie, ceea ce înseamnă obturarea parţială sau totală a acestora. Împotriva acestui fenomen nedorit trebuie luate măsuri de deparafinare, ceea ce implică utilizarea, în unele cazuri, a unor instalaţii specifice.

20

În sfârşit, în cadrul unui şantier petrolier se găsesc unele staţii de pompare legate de pomparea internă (în perimetrul şantierului) a ţiţeiului, de injecţie a apei în strat în vederea creşterii factorului de recuperare a ţiţeiului. De asemenea există staţii de compresoare cu ajutorul cărora se realizează comprimarea gazelor de sondă în vederea transportării lor sau pentru injectarea lor în strat în cazul exploatării secundare. Toate aceste staţii, în majoritatea cazurilor cu acţionare electrică, au unele elemente specifice instalaţiilor electrice.

Varietatea destul de mare a elementelor considerate nu va permite însă decât considerarea aspectelor specifice şi mai deosebite.

2.3 Echipamentul electric al staţiilor de compresoare În cadrul unui şantier petrolier, staţiile de compresoare pot avea mai multe

funcţiuni: a) comprimarea gazului obţinut la extragerea ţiţeiului, de la separatorul de

gaze; b) comprimarea gazelor ce se introduc în strat în vederea scoaterii ţiţeiului

la suprafaţă (gazlift) sau a menţinerii presiunii în strat. Uneori în acest scop se injectează în strat aerul (aerlift, deşi în acest caz apar unele dezavantaje), când de fapt se utilizează compresoare de aer;

c) evacuarea gazelor din sistemul de colectare a ţiţeiului când se folosesc vacuum-compresoare.

În majoritatea cazurilor acţionarea compresoarelor din şantier se realizează electric, însă uneori această acţionare este neelectrică (turbine cu gaze, motoare cu ardere internă, etc.). toate mecanismele auxiliare ale staţiilor de compresoare (sistemul de ungere, de răcire şi uscare a aerului sau a gazului, de ventilaţie, de alimentare cu apă, sala cazanelor etc.) au însă totdeauna o acţionare electrică.

Echiparea staţiilor de compresoare se face în mod obişnuit cu compresoare cu piston (cu cilindri verticali), dar uneori se utilizează compresoare centrifugale sau de alte tipuri. Compresoarele cu piston folosite pentru evacuarea gazelor de sondă lucrează cu debite de 0.2 la 1.4 sNm /3 , la presiuni de 0.4 la 5 MPa, având nevoie de o putere de circa 160-260 kW. Pentru introducerea gazului sau a aerului în strat se utilizează compresoare cu un debit de 0.6 la 0.9 sNm /3 , presiune de 10 la 65 MPa, având nevoie de o putere de circa 200-320 kW. Dar se cunosc unităţi de acest gen de 10-15 MW.

În cazul pornirii normale, supapele compresorului sunt deschise, în care caz cuplul de pornire atinge valoarea nM0.5)-(0.4 × . Totuşi trebuie reţinut faptul că momentul cuplului de pornire al motorului de acţionare nu trebuie să fie mai mic decât momentul cuplului rezistent nominal având în vedere că în cazul unei întreruperi a tensiunii de alimentare (sau a unei căderi de tensiune pronunţate) de scurtă durată, reaccelerarea motorului se realizează cu compresorul în sarcină.

Determinarea puterii nominale a motorului de acţionare a compresorului se poate face cu expresia aproximativă

în kW (3.1)

,

21

în care: cη reprezintă randamentul compresorului la comprimare politropică (0.6-0.8); mη - randamentul mecanic al compresorului (0.88-0.92); trη - randamentul transmisiei dispuse între compresor şi motorul de acţionare (0.96-0.98); z – numărul treptelor compresorului; m – factorul politropic (pentru aer

35.1≈ , iar pentru gazul de sondă 25.1≈ ); 1p şi 2p - presiunile absolute de comprimare la intrare, respectiv la ieşirea compresorului, în Pa; 0q - debitul compresorului raportat la presiunea şi temperatura de la „intrarea” în compresor, în sNm /3 şi k – un coeficient de siguranţă ( 2.11.1 −≈ ) care ţine seama de diversele abateri de la regimul normal de funcţionare al compresorului (căderi de tensiune etc.). Turaţia compresoarelor cu piston nu este mare (circa 350-375 rot/min) şi de aceea, între arborele compresorului şi cel al motorului de acţionare se introduce o transmisie (realizată de obicei cu curele trapezoidale) cu reducere de turaţie, care permit utilizarea motoarelor cu turaţie mare. În cazul acţionărilor electrice se folosesc în mod obişnuit motoare asincrone, în construcţie antiexplozivă, alimentate la joasă tensiune (0.4 sau 0.5 kV), dacă puterea pe o unitate nu depăşeşte 160 kW. Dacă însă puterea pe unitate este mai mare, alimentarea motoarelor se face la medie tensiune (6 sau 10 kV) utilizându-se şi motoare sincrone a căror pornire se face în asincron , în cadrul schemei lor de acţionare fiind prevăzute sisteme de sincronizare automată. Uneori motoarele electrice de acţionare (mai ales cele sincrone) se montează într-o încăpere separată de cea a compresoarelor pentru gazele de sondă (care se consideră cu mediul explozibil), în care se realizează o supratensiune cu aer curat, aceasta condiţionând pornirea şi funcţionarea lor. În cadrul utilizării motoarelor sincrone ca motoare de acţionare, acestea pot avea un număr mare de perechi de poli, deci o turaţie de sincronism mică (p= 8, =sn 375 rot/min) ceea ce permite cuplarea directă a motorului la arborele compresorului. Aceste motoare au diametre mari (datorită numărului mare de poli), în schimb „proprietăţile de volant” ale rotorului motorului au un efect pozitiv asupra funcţionării compresoarelor cilindrice. O problemă care apare în cadrul acestor tipuri de acţionări este aceea a pornirii sistemelor cu momente de inerţie J mari, ceea ce conduce la un timp de pornire mai mare şi deci la o încălzire pronunţată a maşinii în această perioadă. În acest scop se face verificarea dacă temperatura coliviei de pornire sau a înfăşurării rotorice nu depăşeşte limitele admisibile. Supratemperatura poate fi determinată cu relaţia:

(3.2)

în care E este energia produsă în înfăşurarea de pornire în intervalul pornirii şi ea se poate stabili cu relaţia:

(3.3)

pn este numărul admisibil de porniri repetate (se ia pn =1 sau 2); sc - căldura

specifică a materialului din care se realizează înfăşurarea de pornire; m - masa înfăşurării; Mk - coeficientul de proporţionalitate dintre momentul cuplului static

22

rezistent al mecanismului acţionat şi viteza sa unghiulară; iM - momentul cuplului electromagnetic iniţial al motorului (pentru 0=Ω ); fM - momentul

static rezistent corespunzător frecării în lagăre şi transmisiei ( snM×≈ 05.0 ), iar

0Ω este viteza unghiulară de sincronism. Supratemperatura θ nu trebuie să depăşească pe cea admisibilă stabilită prin normativ pentru clasa de izolaţie în care se încadrează înfăşurarea motorului considerat. Pentru o acţionare cu motor sincron trebuie verificată şi alunecarea limită

ls pentru care este posibilă sincronizarea motorului sincron cu pornirea în asincron. Rezultă:

(3.4)

în care maxM este momentul maxim al cuplului electromagnetic al motorului sincron. În ceea ce priveşte categoria de consumatori, staţiile de compresoare (mai ales cele ce lucrează pentru gazlift sau pentru menţinerea presiunii în strat ) sunt încadrate în mod obişnuit în categoria I cu nivelul 1 de rezervare, avându-se în vedere faptul că pentru scurte întreruperi în furnizarea agentului de lucru (gazul de sondă), regimul tehnologic al sondelor se înrăutăţeşte mult. Acest aspect este şi mai important în cazul sondelor la care produsul extras are un conţinut mare de nisip şi la care perturbaţia menţionată poate conduce la oprirea sondelor pentru o perioadă mai îndelungată. Instalaţiile auxiliare ale staţiilor de compresoare se încadrează la fel ca şi compresoarele propriu-zise, având în vedere că oprirea unei instalaţii auxiliare (alimentate obişnuit la joasă tensiune) duce la oprirea compresoarelor. În legătură cu execuţia staţiilor de compresoare, tendinţa actuală este aceea a utilizării monoblocurilor autonome care nu necesită construcţii speciale, fundaţii masive şi o gospodărie anexă complexă. În acest fel, costul gazelor comprimate scade simţitor, ceea ce face ca tehnologia gazliftului, realizată cu staţii de compresoare, să devină economică.

Schemele staţiilor de compresoare În funcţie de numărul compresoarelor montate în staţie, schema electrică a acesteia apare, mai mult sau mai puţin dezvoltată. În general ea posedă însă o distribuţie de medie tensiune (6 sau 10 kV), o distribuţie de joasă tensiune (0.4 sau 0.5 kV) şi în funcţie de racordurile de alimentare realizate, o distribuţie de înaltă tensiune (20 sau 35, 110, 220 kV). O schemă monofilară pentru cele trei distribuţii ale unei staţii de compresoare este dată în figura 3-1. În general, distribuţiile de înaltă, medie şi joasă tensiune sunt de tip bisecţional, prevăzute cu cuplă longitudinală şi sistem de anclanşare automată a rezervei de alimentare. Sunt cazuri de scheme mai puţin pretenţioase, în care distribuţia de medie şi joasă tensiune este formată din câte o singură secţie. În acest caz distribuţia de medie tensiune se poate alimenta de la două transformatoare (unul în rezervă) iar distribuţia de joasă tensiune de la un singur transformator. Desigur că astfel de scheme sunt mai compacte şi mai economice (necesită o investiţie mai mică) dar gradul de manevrabilitate şi siguranţă în alimentare cu energie electrică a instalaţiei sunt mai scăzute.

23

Distribuţia de înaltă tensiune este dotată în general cu celule de alimentare (de linie), celule de transformator, celule de măsură şi o celulă de cuplă. Protecţiile sunt specifice unor astfel de „plecări şi sosiri” printre care se remarcă echipamentul pentru măsurarea energiei (active şi reactive) a tensiunii etc. În mod obişnuit nu se prevăd comenzi de la distanţă la o astfel de distribuţie.

Figura 0-1 Schema electrică monofilară pentru alimentarea cu energie a electrică a

staţiilor de compresoare din şantierele de producţie petroliere

În cazul unor staţii de compresoare de mare complexitate pentru gazlift distribuţia de înaltă tensiune este dotată cu transformatoare de 110(220)/10kV, iar distribuţia de medie tensiune (10kV) este formată din patru secţii dotată cu unele cuple longitudinale, aşa cum se arată în figura 3-2. Motoarele de acţionare ale compresoarelor, alimentate la 10 kV, pot avea puteri de 10-15 MW, iar

24

transformatoarele de forţă, cu două secundare de 10 kV permit punerea lor în paralel pentru a facilita pornirea motoarelor. Problema pornirii sau resincronizării motoarelor în cazul în care se pierde alimentarea cu energie sau se produce o scădere importantă a tensiunii de alimentare, are şi ea unele aspecte practice legate de schema electrică a staţiei şi de reglajul protecţiilor. Astfel, când staţia de compresoare este dotată cu mai multe agregate (10-16 grupuri) atunci motoarele de acţionare se împart în general în trei grupe în ceea ce priveşte selectivitatea la declanşare a protecţiilor. Protecţia la suprasarcină a motoarelor este reglată să declanşeze la un curent de (3-4) nI× însă acest lucru se realizează selectiv printr-o temporizare de 3 s pentru prima grupă, 5-6 s pentru a doua grupă şi 8-10 s pentru a treia grupă de motoare. În cazul pierderii totale a alimentării sau a unei micşorări importante a tensiunii, motoarele de acţionare rămân conectate la reţea.

Figura 0-2 Schema electrică monofilară pentru alimentarea cu energie electrică a

staţiilor de compresoare foarte maride exemplu pentru realizarea extracţiei prin gazlift)

În momentul revenirii tensiunii la normal, toate motoarele se repornesc sau se reaccelerează, iar dacă dupa 3 s la prima grupă de motoare curentul de pornire (repornire) nu a scăzut sub valoarea stabilită (3-4) nI× atunci protecţia lor de suprasarcină le declanşează, ceea ce creează o stare îmbunătăţită a sistemului electroenergetic în vederea repornirii celorlalte motoare. Dacă însă după 5-6 s nici la cea de a doua grupă de motoare curentul nu scade sub limita impusă, se produce şi deconectarea lor, etc. În acelaşi sistem al repornirii automate sunt incluse şi motoarele de acţionare ale mecanismelor auxiliare aferente compresoarelor, doar că temporizarea stabilită pentru acestea este cea de nivelul a 8-10 s. În ceea ce priveşte distribuţia de medie tensiune a staţiilor de compresoare, aceasta este dotată, în mod obişnuit, cu celule de alimentare, celule de transformator şi celule de motor. Când acţionarea se face cu motoare asincrone, distribuţia include şi celule pentru alimentarea bateriilor de condensatoare statice de medie tensiune pentru îmbunătăţirea factorului de

25

putere. Celulele de motor sunt dotate cu echipament electric care permite comanda de la distanţă a stărilor de „pornit-oprit” ale motoarelor, uneori în casa compresoarelor fiind montat un ampermetru de sarcină al compresorului respectiv. Distribuţia de joasă tensiune realizează în primul rând alimentarea întregului sistem de dispozitive auxiliare ale compresoarelor, dar poate alimenta şi alte circuite cum sunt pompele de incendiu, iluminatul (interior şi exterior), protecţia catodică pe unele sectoare din şantier, realizându-se chiar unele „plecări” de joasă tensiune spre şantier. Oricum însă, variantele de scheme utilizate depind de foarte mulţi factori cum sunt: condiţiile locale, perspectivele de extindere a instalaţiilor din şantier, utilajul utilizat şi condiţiile impuse de exploatarea acestuia etc., remarcându-se diversitatea şi neomogenitatea factorilor care condiţionează alegerea schemelor, ca şi ponderi diferite ce li se acordă la un moment dat.

Schemele de comanda si protectie ale motoarelor de acţionare Aşa cum s-a menţionat deja, acţionarea compresoarelor se realizează cu motoare asincrone cu rotor în scurtcircuit sau cu motoare sincrone cu pornire în asincron. Schema de comandă şi protecţie pentru un motor asincron cu rotor în scurtcircuit, într-un astfel de caz se poate realiza ca în figura 3-3. Protecţia la scurtcircuit şi suprasarcină se realizează cu releul de curent e1 racordat la reductoarele de curent f1, f2 şi care uneori se montează chiar în dispozitivul de manevră al automatului de înaltă tensiune a2; releul e1 acţionează direct asupra sistemului de declanşare al automatului. În acelaşi fel operează şi protecţia de tensiune minimă asigurată de releul e2 alimentat de la reductoarele de tensiune. Pornirea se realizează cu ajutorul butonului b1 care permite alimentarea bobinei de anclanşare a2a, în condiţiile în care sistemul de armare (motorul m2) al arcului întreruptorului a2 a realizat această armare şi contactul c4 este închis. Sistemul de armare intră în funcţiune de fiecare dată când limitatorul de cursă e5 este închis (după fiecare operaţie de declanşare sau anclanşare a întreruptorului a2). Oprirea motorului m1 se realizează prin apăsarea pe butonul b3 care permite alimentarea bobinei de declanşare a2d. Pregătirea pentru reaclanşarea automată a motorului m1 se face prin apăsarea butonului b2 în condiţiile în care se produce declanşarea întreruptorului a2, contactul e6 (legat de arborele sistemului de armare al arcului întreruptorului) este închis – adică întreruptorul este pregătit pentru anclanşare – şi contactul releului e3 este închis (adică nu a „lucrat” protecţia de curent). În acest fel bobina de anclanşare a2a se alimentează şi realizează anclanşarea întreruptorului a2. Schemele de comandă şi protecţie pentru motoarele sincrone de acţionare a compresoarelor cuprind, de asemenea, protecţia la scurtcircuit şi la suprasarcină a motorului după cum protecţia la tensiunea minimă se combină cu un sistem de forţare a excitaţiei motorului sincron când scăderea tensiunii de alimentare nu este prea pronunţată. Reaclanşarea motorului se realizează printr-un sistem corespunzător de relee. Se realizează în mod obişnuit şi o protecţie de secvenţă homopolară, după cum se realizează declanşarea motorului în momentul dispariţiei tensiunii de alimentare.

O schemă mai deosebită (fig.3-4) care cuprinde unele blocuri şi circuite de comandă şi protecţie, se referă la un motor sincron cu pornirea în asincron şi

26

fără sistem de perii în circuitul de excitaţie. Pentru o simplificare grafică a schemei, au fost omise unele detalii de schemă întâlnite în mod curent la o acţionare electrică (protecţiile la scurtcircuit, la suprasarcină etc.). Protecţiile obişnuite ale unei acţionări sunt asigurate de către întreruptorul automat a2 care, la punerea în funcţiune a instalaţiei se găseşte închis.

Figura 0-3 Schema de comandă şi protecţie a motoarelor asincrone trifazate cu rotorul în scurtcircuit folosite la acţionarea compresoarelor

Schema din figura 3-4 evidenţiază în mod obişnuit sistemul excitaţiei motorului sincron m1 format din blocul de comanda al excitaţiei BCE, redresor comandabil u1, excitarea acţionării realizată sub forma generatorului sincron m2 (cu partea trifazată rotativă şi partea de excitaţie fixă), redresorul trifazat cu nul u2 şi o cheie cu tiristoare KT – ultimele două elemente împreună cu rotorul trifazic de la m2 şi rotorul de c.c. de la m1 formând „partea rotativă” (mobilă) a acţionării electrice. La pornire se apasă pe b1, contactorul c1 se închide şi motorul sincron m1 porneşte în asincron accelerându-se. În toată această perioadă cheia KT (dotată cu tiristoare în montaj antiparalel şi stabilitron) şuntează pe u2 protejând împotriva „supratensiunilor de pornire” toate elementele din circuitul de excitaţie al motorului m1. În momentul pornirii (c1 închis, se închide şi contactorul c2) se alimentează BCE prin transformatorul m3, iar prin sursa de alimentare SA se alimentează releul electronic de timp RT (reglaj de timp în domeniul 0.1-3 s) care după ce îşi consumă temporizarea se emite un semnal dispozitivului de comandă pe grilele (DCG) redresorului comandabil u1. Acesta intră în funcţiune (fiind alimentat de la transformatorul m4) şi începe să furnizeze curent de excitaţie generatorului sincron m2, care la rândul său începe să producă curent de excitaţie pentru motorul sincron m1, care – în această situaţie – este „tras” în sincronism.

27

Figura 0-4 Schema de comandă şi protecţie a motoarelor sincrone folosite la acţionarea compresoarelor

Figura 0-5 Schema de principiu a traductorului de unghi (defazaj curent-tensiune)

Deci „sincronizarea automată” a motorului sincron cu pornire în asincron se realizează în cadrul acestei scheme cu ajutorul releului de timp RT, iar reglajul curentului de excitaţie al motorului m1 se face la nivelul excitaţiei excitatricii m2 prin modificarea unghiurilor de aprindere la tiristoarele redresorului u1. În afară de controlul pornirii motorului sincron şi al reglajului curentului său de excitaţie, BCE mai asigură prin regulatorul parametric al excitaţiei RPE:

- stabilizarea curentului de excitaţie în condiţiile modificării tensiunii de alimentare în limitele (0.8-1.1) nU× ;

- modificarea curentului de excitaţie impus (deci factor de putere impus) în limitele (0.3-1.1) enI× , iar prin blocul forţării excitaţiei (BFE) se

28

realizează forţarea excitaţiei în condiţiile în care tensiunea de alimentare nu scade mai mult de 0.8nU .

Reacţia inversă se obţine la nivelul factorului de putere cu care lucrează motorul sincron m1 (respectiv al unghiului de defazaj dintre tensiune şi curentul de sarcină). În figura 3-5 este dată schema de principiu a traductorului de unghi φ. La bornele 1,2,3 se aplică tensiunea transformatoarelor de tensiune ttU , iar bornele 4, 5 se leagă la secundarul transformatorului de curent. Sub acţiunea tensiunilor ttU şi tcU , punţile redresoare u1 şi u2 fac să circule curenţii 21, ii prin rezistoarele 3r şi 4r , iar în această situaţie tensiunea de ieşire eU este proporţională cu suma vectorială dintre tensiunile ttU şi tcU , adică depinde şi de unghiul dintre ele. Acest tip de traductor de unghi (dintre curent şi tensiune) este destul de simplu şi eficace, iar din punctul de vedere constructiv el intră de fapt în componenţa lui RPE (v. fig.3-3).

2.4 Echipamentul electric al staţiilor de pompare internă (în şantier) a ţiţeiului

Staţiile de pompare a ţiţeiului din perimetrul unor zăcăminte de ţiţei se împart în două categorii mari: staţii de pompare internă şi staţii de pompare externă utilizate mai ales pentru pomparea ţiţeiului tratat spre parcurile centrale de depozitare sau spre rafinări. Ca şi în cazul staţiilor de compresoare, există tendinţa de a realiza staţii de pompare a ţiţeiului din blocuri de agregate de pompare cu caracteristici corespunzătoare. Pentru că există o varietate destul de mare de „blocuri de pompare” în ceea ce priveşte debitele de ţiţei şi presiunile de lucru, se propune o clasificare a acestora în 3-4 grupe după debitul agregatelor de pompare şi presiunea de lucru. În ţara noastră , staţiile de pompe pentru colectarea ţiţeiului din şantier lucrează cu debite de 4000-10000 zim /3 şi cu o presiune de 0.6 MPa, dar sunt cazuri în care este necesară şi o presiune de 2.5 MPa. Staţiile de pompare internă realizează pomparea ţiţeiului de la punctele de colectare către parcul intermediar de depozitare sau direct spre instalaţiile de tratare, adică de la aceste instalaţii spre parcul de ţiţei tratat. Oricum aceste staţii de pompare sunt dimensionate pentru pomparea ţiţeiului pe distanţe relativ scurte (circa 5-30 km). Numărul agregatelor de pompare şi puterea motoarelor de acţionare depinde, în principal, de schema de colectare a ţiţeiului, de numărul sondelor aflate în deservirea staţiei şi de producţia acestora. În general, agregatele de pompare sunt echipate cu pompe centrifuge sau pompe cu piston, iar acţionarea lor este cea electrică, aspect care impune să se ţină seama de faptul că mediul dintr-o astfel de casă de pompe este cel exploziv. La agregate la care nu se depăşeşte o putere necesară de 160 kW, se utilizează în mod obişnuit motorul asincron cu rotorul în scurtcircuit de joasă tensiune, în execuţie antiexplozivă. În cazul unor puteri mai mari se folosesc motoare (asincrone cu colivie sau sincrone) cu alimentare pe 6 kV în execuţie antiexplozivă sau suflate cu aer curat sub presiune; puterea pe unitatea de pompare poate atinge 630 kW. Determinarea puterii motorului de acţionare

29

pentru un agregat de pompe echipat cu o pompă centrifugă se poate face cu relaţia:

în kW, (3.5)

în care Q este debitul ţiţeiului, în l/s; H – înălţimea de pompare, în m; γ - greutatea specifică, în 3/ dmkg ; trη şi pη sunt randamentele transmisiei şi a

pompei, iar k coeficientul de siguranţă (se ia 1.15-1.05 în funcţie de puterea motorului). Schemele de comandă şi protecţie pentru motoarele de acţionare ale agregatelor de pompare sunt asemănătoare cu cele ale compresoarelor. Ca dispozitive auxiliare în cadrul unei staţii pentru pomparea ţiţeiului se întâlnesc ventile cu servomotoare cu o putere de circa 2.2-7.5 kW, compresoare de aer pentru circuitele de automatizare pneumatică cu un necesar de putere de circa 10 kW/unitate; pompe pentru pomparea condensatului şi a scăpărilor de ţiţei cu o putere de 13 kW/unitate, pompele de incendiu de circa 45-75 kW/unitate. Comanda sistemelor de acţionare la o astfel de staţie de pompare se poate face local (personalul de serviciu execută toate manevrele), de la distanţă (punct de comandă sau tabloul dispecerului) sau prin comandă automată ( cu ajutorul unui sistem de automatizare corespunzător). În general, la acţionările alimentate pe 6 kV, în afară de comenzile locale, se prevăd şi comenzi de la distanţă. Trebuie menţionat, însă, că în multe cazuri casele de pompe pentru pomparea ţiţeiului nu se proiectează ca obiecte de sine stătătoare, ci se încadrează în sistemul complex al colectării şi tratării ţiţeiului, iar uneori dacă pentru pomparea ţiţeiului nu sunt necesare puteri mari, atunci pompele de ţiţei se racordează la distribuţia de joasă tensiune a unei staţii de compresoare sau a unei staţii de pompe pentru injecţia apei în strat, aşa cum se arată în figura 3-6. În această schemă se prezintă cazul concret al unei distribuţii de joasă tensiune de 500 V pentru o staţie de compresoare ale cărei compresoare sunt acţionate cu motoare alimentate la 6 kV (nefigurate în schemă). Se remarcă unele circuite care nu sunt legate direct nici de staţia de compresoare, nici de pomparea ţiţeiului („Plecări schelă” – celula 1.). În vederea creşterii siguranţei în alimentare cu energie electrică a pompelor de incendiu (celula 8) se realizează racordarea acestora nu direct din barele distribuţiei de 500 V, ci printr-un cablu special care se leagă imediat după separatorul principal al distribuţiei (celula 4). În acest fel chiar dacă întreaga distribuţie de 500 V este scoasă de sub tensiune cu ajutorul întreruptorului automat (OROMAX-1000 A), separatorul principal fiind închis, alimentarea pompelor de incendiu este asigurată. Cum pompele de incendiu nu funcţionează decât în cazuri deosebite (cazuri de incendiu şi al verificării periodice a instalaţiei de incendiu), pericolul manevrării separatorului principal în sarcină este minim. Semnalizări speciale (eventual blocaje pentru uşa celulei) avertizează asupra prezenţei tensiunii în celula pompelor de incendiu, chiar atunci când bara de 0.5 kV a distribuţiei este scoasă de sub tensiune, astfel încât să nu fie posibil accesul în celula respectivă în prezenţa tensiunii.

30

Figura 0-6 Schema de principiu a alimentării comune (compresoare, pompe, servicii

interne ş.a.)

31

În cazul în care instalaţia de pompare a ţiţeiului are o dezvoltare mai mare (pompele de ţiţei au pondere mare în puterea instalată), se realizează distribuţii de medie şi joasă (eventual şi înaltă) tensiune separate pentru instalaţia de pompe, care au aceeaşi structură ca la o staţie de compresoare (v. fig.3-1). Staţiile de pompare a ţiţeiului se consideră, în general, ca fiind consumatori de categoria II, cu nivel de rezervare 2. Un element mai deosebit al staţiilor de pompare a ţiţeiului mai evoluate este ventilul mecanizat ale cărui manevre de deschidere – închidere se realizează cu servomotoare reversibile. Aceste servomotoare sunt de obicei motoare asincrone cu rotorul în scurtcircuit de putere redusă (2.2-7.5 kW). Schema de comandă, de principiu pentru un astfel de servomotor este dată în figura 3-7. Servomotorul poate fi comandat de la tabloul local sau de la punct dispecer (PD). Dacă contactorul de sens a1 realizează operaţiunea de închidere a ventilului, atunci comanda acestuia „la închidere” se realizează cu butonul b2.

Figura 0-7 Schema de principiu a comenzii servomotorului ventilelor din staţiile de pompare a ţiţeiului în şantiere

Contactorul de sens a2 ,comandat de la butonul local b3, va realiza operaţiunea de deschidere a ventilului. Limitatoarele de cursă e2i şi e3d, limitează funcţionarea servomotorului la operaţiunile de închidere şi deschidere. Se remarcă, de asemenea, „blocajul stânga-dreapta” format cu un contact normal închis al contactorului a2 înseriat în circuitul bobinei contactorului a1 şi invers. Comanda de la punctul dispecer şi semnalizarea stării închis – deschis (avertizoarele optice h1, h2 din verticalele 10 şi 11 ale schemei) a ventilului la punctul dispecer se realizează cu o linie bifilară ( 21, LL ) şi cu sistemul de diode d2, d4, d5-d8. Cu ajutorul butonului b1 de la postul local de comandă, se poate face oprirea servomotorului pentru o poziţie oarecare intermediară a ventilului între închis – deschis. Protecţia la suprasarcină se realizează cu ajutorul blocului de relee termice e iar limitatorul de cursă e1 „deschide” circuitul de comandă al servomotorului în condiţiile manevrării manuale a ventilului. Întrerupătorul

32

automat a (al cărui circuit de comandă nu este prezentat în schema din figura 3-7) realizează protecţia la scurtcircuit a servomotorului, aceeaşi protecţie acţionând şi în condiţiile în care deconectarea servomotorului, în timpul operaţiunilor de închidere – deschidere, nu se produce la timp.

2.5 Echipamentul electric al instalaţiilor de pompare a apei pentru injecţie în strat

Este cunoscut faptul că una dintre metodele cele mai eficace (cunoscute la ora actuală) de exploatare a unui zăcământ de ţiţei este aceea de a menţine presiunea în strat prin injecţia de apă sub presiune în stratul exploatat.

Fără a intra în detalii tehnologice, precizăm că metoda injectării apei în strat se utilizează în mai multe variante: extracontur (cu sonde de injecţie a apei montate în exteriorul conturului care delimitează zăcământul de ţiţei), intracontur (cu sondele de injecţie dispuse în interiorul conturului, într-o „geometrie” în raport cu sondele de extracţie), de platformă (cu sondele de injecţie dispuse pe întreaga suprafaţă a zăcământului) sub formă de „nucleu de injecţie” şi sub formă selectivă. Inundarea intracontur si extracontur se utilizează de asemenea în cazul exploatării unui grup de zăcăminte dispuse în apropiere unul de altul, de dimensiuni nu prea mari şi când sondele de injecţie pot avea o influenţă simultană asupra mai multor zăcăminte. Când zăcământul are dimensiuni mari atunci se utilizează inundarea intracontur: pe suprafaţa zăcământului se trasează (în funcţie de structura zăcământului etc.) linii aproximativ paralele (reţea de linii) la o distanţă ce nu depăşeşte, în mod obişnuit, 4-5 km şi pe direcţia cărora se amplasează sondele de injecţie cu o anumită densitate liniară; între rândurile sondelor de injecţie a apei sunt amplasate sondele de extracţie. Inundarea de platformă se foloseşte pentru exploatarea zăcămintelor cu o structură relativ omogenă, dar cu penetrabilitate slabă a straturilor. În cazul unui zăcământ cu structură neomogenă, la începutul exploatării sale se utilizează inundarea selectivă, după cum inundarea cu sonde de injecţie montate „în nucleu” se foloseşte în faza de început a exploatării unui zăcământ.

Presiunea la care lucrează o sondă de injecţie depinde de unele elemente tehnologice, dar ea poate atinge valori de 18-20 MPa şi chiar mai mult, se poate vorbi însă şi de o presiune optimă de injecţie (în funcţie de consumul de energie, de producţia de ţiţei realizată etc.).

Schemele tehnologice din figura 3-8 permit stabilirea obiectelor principale din cadrul aşa numitului sistem de „menţinere a presiunii în strat” (MPS). În figura 3-8a se prezintă un sistem MPS format dintr-un inel de conductă magistrală de apă (care urmăreşte aproximativ conturul zăcământului) alimentat de la mai multe staţii de pompare (SP) racordate la prizele de apă corespunzătoare; unele din aceste instalaţii de pompare a apei sunt formate din câte două staţii de pompare (prima treaptă de presiune SP I, a doua treaptă de presiune SP II ). De la conducta magistrală (sau inelul acesteia) se alimentează staţiile de injecţie (SI) extracontur sau intracontur. În figura 3-8b se evidenţiază mai bine derivaţiile racordate de la conducta magistrală şi care alimentează şirurile de staţii de injecţie intracontur. În afară de obiectele menţionate (şi cuprinse în schemele tehnologice din figura 3-8) din sistemul MPS mai fac parte

33

sondele de injecţie care se racordează la câte o staţie de injecţie, sondele pentru extragerea apei din pânză freatică, instalaţiile de curăţire şi prepararea apei de injecţie.

Staţiile de pompare pentru prima treaptă de presiune sunt destinate captării apei de la o anumită sursă şi producerea unei presiuni iniţiale (circa 30-50 m coloană de apă). O astfel de unitate de pompare (echipată în mod obişnuit cu pompe centrifuge) poate atinge o putere de 250 kW şi acţionarea sa se realizează, în general cu motoare asincrone cu colivie de 6 kV (sau de joasă tensiune când 160≤motP kW).

Figura 0-8 Scheme tehnologice ale sistemului de menţinere a presiunii în strat prin

injecţie de apă

Principialele schemele tehnologice pentru toate aceste staţii sunt similare şi ele diferă numai prin tipul prizei de apă. Dispozitivele auxiliare ale acestei staţii (ventilaţia, eventual vacuum – compresoarele pentru pornirea pompelor centrifuge, pompa pentru evacuarea scăpărilor de apă, iluminat, încălzirea) se alimentează în joasă tensiune prin intermediul unui transformator corespunzător. Când debitul de apă nu trebuie să fie prea mare (circa anm /1020 36⋅ ), iar priza de apă se realizează pe un râu, atunci aceste staţii sunt de tip plutitor (montate pe pontoane). Staţiile de pompare pentru a doua treaptă de presiune (190-220 m coloană de apă) se execută în mod obişnuit din blocuri de pompare prefabricate, fiind prevăzute adesea pentru debite de 1000orăm /3 şi chiar mai mult. Acţionarea în cadrul unor astfel de staţii se realizează cu motoare asincrone cu puteri 200-1600 kW şi motoare sincrone de 2500 kW alimentate la 6 kV. Dispozitivele auxiliare ale staţiei (similare cu cele ale staţiei pentru prima treaptă) se alimentează de asemenea, de la o distribuţie de joasă tensiune. Staţiile de tratare a apei sunt „ataşate” în mod curent staţiei de pompare pentru a doua treaptă şi cuprind amestecătoare, decantoare, filtre, rezervoare de apă tratată; receptoarele sale electrice sunt de mică putere şi se alimentează de la distribuţia de joasă tensiune a staţiei de pompare.

34

Staţiile de injecţie reprezintă elementul tehnologic de bază al sistemului MPS şi ele se montează, de asemenea, din blocuri de pompare prefabricate, la nivelul a 3-5 şi chiar 7 agregate într-o staţie. Debitul de apă al unei staţii poate avea valori foarte diferite ( de exemplu între 100 şi 1000 orăm /3 ) şi ele se echipează în general, cu motoare sincrone de 800-1600 kW (dar se întâlnesc şi motoare sincrone de 4 MW) alimentate la 6 kV; staţiile de injecţie mici au acţionarea realizată cu motoare asincrone cu colivie, alimentate la joasă tensiune. În mod obişnuit, un agregat de pompare mare poate asigura debitul de apă pentru 6-10 sonde de injecţie (depinde într-o mare măsură de capacitatea de „absorbţie” a sondelor). În principiu, schema amplasării obiectelor tehnologice în cadrul unei staţii de injecţie apare ca în fig. 3-9 în care 1 este casa pompelor unde se amplasează agregatele de pompare 3 cu legăturile şi armăturile lor. În 2 se montează colectorul de presiune al staţiei (exterior casei de pompare din motive de tehnica securităţii), iar în 4 este camera aparatelor (de comandă a agregatelor de pompare şi teletransmisia); distribuţia de înaltă şi joasă tensiune se dispune în încăperea 5, iar staţia de transformare se montează în perimetrul 6.

Figura 0-9 Schiţa amplasării obiectivelor tehnologice în cadrul unei staţii de injecţie a

apei în strat

Experienţa utilizării metodei inundării straturilor arată că în timpul exploatării zăcămintelor de ţiţei este necesar să fie deplasate reţelele sondelor de injecţie, ceea ce atestă caracterul temporar al însăşi staţiilor de injecţie. În afară de aceasta, pe măsura extragerii ţiţeiului din zăcământ, presiunea apei injectate trebuie să crească, ceea ce presupune în ultima instanţă o modalitate de reglaj a turaţiei acţionărilor în timp sau chiar înlocuirea agregatelor de pompare cu altele cu ajutorul cărora se poate mări presiunea în mod corespunzător. Pe de altă parte, întregul MPS reprezintă un mare consumator de energie (aproape 60% din energia consumată la extracţia ţiţeiului este datorată acestui sistem) ceea ce impune de la sine utilizarea diverselor metode de optimizare. Schemele electrice ale staţiilor de injecţie (SI) Staţiile de injecţie a apei în strat pot fi considerate consumatori de categoria I sau II (depinde de importanţa lor) cu nivelul 2 de rezervare şi în principiu cu schemele realizate în două variante de bază:

a) cazul staţiilor de injecţie cu un debit relativ nu prea mare şi care totuşi apar ca obiecte independente (sau puterea agregatelor de pompare este

35

preponderentă). Ele se alimentează de la linii de înaltă tensiune 20(35, 110) kV şi se echipează de obicei cu două transformatoare (de circa 2.5-10 MVA), distribuţiile lor de 6 kV fiind bisecţionale cu o cuplă longitudinală. Schema monofilară pentru acest caz este dată în figura 3-10. Curentul operativ în distribuţii este cel alternativ de 220 V, iar circuitele de comandă şi semnalizare sunt racordate la barele serviciilor interne prin intermediul unor stabilizatoare de tensiune.

Figura 0-10 Schema monofilară de alimentare cu energie electrtrică a staţiilor de

injecţie cu debite mici

Se prevăd în mod curent blocaje electrice împotriva manevrelor greşite, iar alimentarea circuitelor de blocaj se face în c.c la tensiunea de 110 V;

b) cazul staţiilor de injecţie cu debite mari care se montează în general „împreună” cu staţiile de pompare a ţiţeiului sau se amplasează în cadrul

36

parcurilor complexe de colectare şi tratare a ţiţeiului. Schema de principiu pentru distribuţiile (de înaltă tensiune) a unui astfel de caz este dată în figura 3-11. Este vorba de un racord „adânc” format dintr-o staţie de transformare 110/35/6 kV cu două transformatoare care pot lucra în paralel sau independent. Distribuţia de 6 kV, care reprezintă partea principală a acestei scheme, este formată din patru secţii: primele două se pot lega între ele printr-o cuplă longitudinală şi sunt destinate pentru alimentarea pompelor de ţiţei (transport extern), iar celelalte două secţii sunt destinate pentru alimentarea pompelor de injecţie a apei în strat de mare capacitate. Alimentarea secţiilor III şi IV de 6 kV se face de la primele două prin intermediul unor bobine de reactanţă de 6 kV, care au rolul de a micşora curenţii de scurtcircuit dacă scurtcircuitul s-ar produce la motoarele sincrone ale pompelor de injecţie şi pentru a micşora , într-o măsură oarecare, căderile de tensiune pe barele de 6 kV, care se produc la pornirea motoarelor pompelor de injecţie.

Figura 0-11 Schema monofilară cu energie electrică a staţiilor de injecţie cu debite

foarte mari

37

În afara protecţiilor corespunzătoare unei distribuţii de o astfel de mărime, se mai prevede o protecţie de frecvenţă care realizează o „descărcare” selectivă a sarcinii barelor de 6 kV, după cum se mai prevede reanclanşarea automată a plecărilor de 6 kV (daca ele există). Specific schemei prezentate în figura 3-11 este faptul că fiecărui motor sincron al pompelor de injecţie îi sunt afectate două (sau chiar trei) celule de 6 kV: una pentru întreruptorul principal , iar cealaltă pentru transformatoare de tensiune şi curent utilizate în circuitele de comandă şi protecţie ale motorului. Când receptoarele pentru injecţia apei în strat sunt de mică putere (75-150 kW) şi în general nu prezintă o importanţă mai deosebită, ele se încadrează chiar în distribuţia de joasă tensiune a unei staţii de compresoare sau pompare a ţiţeiului, aşa cum apare în figura 3-12. Schema este asemănătoare cu cea din figura 3-6 şi în ea nu se evidenţiază decât „fragmentele” mai importante (neprezentate în schema precedentă). Echiparea circuitelor pentru pompele de injecţie este cea obişnuită şi datorită simplităţii circuitelor se realizează câte două „plecări” dintr-o celulă. Distribuţia de 0.5 kV se alimentează de la un post de trafo echipat cu un transformator de 1000 (1600) kVA şi o celulă de alimentare de 20 kV, racordată de la LEA – 20kV. Ansamblul unui post trafo cu o distribuţie de 0.5 kV similar cu cel prezentat prin schema monofilară din figura 3-12 (şi parţial cu cea din figura 3-6), este dată în figura 3-13 elementele schemei monofilare prezentate anterior se recunosc uşor în planul de ansamblu al postului trafo; asemenea posturi trafo se întâlnesc în mod curent în şantierele din ţara noastră.

Schemele electrice pentru alte acţionări Pentru acţionarea electrică a pompelor de injecţie de puteri mici (realizată cu motoare asincrone cu colivie), schema de comandă şi protecţie a motoarelor este cea obişnuită, asigurându-se comanda de la distanţă (pornit-oprit), protecţiile clasice (la suprasarcină, scurtcircuit şi tensiune minimă), semnalizările necesare şi eventual măsurarea curentului de sarcină din casa de pompă. Pentru grupuri de pompare de puteri mari acţionarea electrică se efectuează cu motoare sincrone (cu puteri de ordinul MW/unitate de pompare) cu excitaţia fără perii şi inele colectoare. Schema de comandă şi protecţie pentru un astfel de motor este mult mai complexă şi de obicei în acest caz se ia în considerare şi automatizarea reglajului anumitor parametrii: factorul de putere al motorului, supraexcitarea motorului în cazul scăderii tensiunii de alimentare etc. Un model pentru o astfel de schemă este dat în figura 3-14, care reprezintă de fapt, o combinaţie dintre o schemă monofilară (corespunzătoare circuitului de forţă) şi schema de comandă, protecţie şi reglaj.

Excitatricea GS reprezintă de fapt un generator sincron cu înfăşurarea trifazată montată pe rotor (mobilă), racordată prin intermediul redresorului u2 (trifazat, în punte, necomandabil) cu înfăşurarea de excitaţie a motorului sincron MS. În paralel cu acest redresor şi înfăşurarea de excitaţie a motorului MS sunt montate două tiristoare T1, T2 (montaj antiparalel), rezistorul „de descărcare” r şi circuitele de comandă ale tiristoarelor (nefigurate în schemă). Rolul acestui ansamblu este acela de a limita supratensiunile în puntea redresoare u2 în timpul pornirii motorului MS. Circuitul de comandă al tiristoarelor este dimensionat ca

38

tiristoarele să intre (şi să se afle) în funcţiune la 600-900 V. Deoarece înfăşurarea de excitaţie a excitatricei GS este stator (imobilă) nu sunt necesare inele colectoare respectiv colector ca la un motor sincron a cărui excitaţie se alimentează de la un grup generator de c.c

Figura 0-12 Schema monofilară de alimentare cu energie electrică a staţiilor de injecţie

cu pompe de mică putere, pe joasă tensiune

39

Figura 0-13 Schiţa amplasării echipamentului într-un post de transformare pentru

alimentare pe joasă tensiune a pompelor de injecţie (celulele 1,2,..7 au destinaţia indicată n figura 3-12)

Figura 0-14 Schema de alimentare, comandă, protecţie a motoarelor sincrone de mare putere pentru acţionarea pompelor de injecţie

40

Alimentarea excitaţiei excitatricei se realizează prin intermediul regulatorului automat al excitaţiei (RAE) şi al punţii redresoare (monofazată, necomandabilă) u1, de la transformatoarele de curent f4 şi f5 . O alimentare suplimentară a acestui circuit se face de la transformatorul f7 prin intermediul rezistorului reglabil r1. Această sursă suplimentară realizează o funcţionare mai stabilă a motorului MS în cazul sarcinilor mici şi se foloseşte pentru forţarea excitaţiei. Într-adevăr, când tensiunea de 6 kV scade, releul de tensiune e11 (fig. 3-14c, col. 3) îşi închide contactul său (b col. 11) iar contactorul de şuntare c3 şuntează rezistorul r1 (din circuitul secundar al lui f7-a). În continuarea comentariului ne vom referi numai la figura 3-14 şi pentru prescurtarea scrierii vom menţiona doar fragmentul de schemă a, b, c sau d şi eventual coloana respectivă. RAE realizează reglajul automat al factorului de putere la care funcţionează motorul MS (în funcţie de încărcarea acestuia şi nivelul tensiunii de alimentare) în limitele (-0.9,…,+0.9); prescrierea factorului de putere se realizează cu ajutorul rezistoarelor reglabile r1 şi r2 (a). Prin anclanşarea întreruptorului automat a, motorul MS realizează o pornire în asincron în timp ce curentul de pornire se micşorează. Acest lucru este sesizat de către releul de curent e2 din circuitul lui f5(a) ceea ce face ca releul de timp e4 (b, col. 1) să capete alimentarea. După ce se epuizează temporizările releelor de timp e4, e5 contactorul c1 (b, col. 3) se alimentează şi închide circuitul de alimentare al excitaţiei lui GS (a). Până la alimentarea lui c1, puntea redresoare u1 debitează pe rezistorul r3 prin intermediul contactului c2 al aceluiaşi contactor. După sincronizarea motorului MS releul de putere reactivă e1 (circuitul f5-a), a cărui înfăşurare de tensiuni este conectată la f6, se deconectează şi astfel „rupe” circuitul de alimentare al releului de timp e6 (b, col.7) înainte ca acesta să-şi consume temporizarea sa. Dacă însă funcţionarea „în asincron” a motorului MS se prelungeşte, atunci e6 îşi consumă temporizarea sa şi permite alimentarea releului intermediar e8(b, col.11), care la rândul său realizează alimentarea bobinei de declanşare c5 (d, col. 7 şi 3) a întreruptorului principal, realizându-se în acelaşi timp şi deconectarea excitaţiei (v. fig. 3-14, b, col.5 – se alimentează contactorul c2 care conduce la declanşarea întreruptorului principal a). Pentru deblocarea schemei la funcţionarea protecţiei, „de funcţionare în asincron” se apasă pe butonul b1 (b, col. 7). La defecţiunea unei diode a punţii redresoare, bobina releului e3 (prin intermediul capacităţii – fig.3-14, a) începe să fie parcursă de o componentă alternativă a curentului ceea ce conduce la alimentarea releului intermediar e7 (b, col. 8, 9) şi duce, de asemenea, la declanşarea întreruptorului a (d, col. 8 şi 3). Declanşarea lui a (şi a excitaţiei motorului) se realizează şi prin „protecţiile tehnologice”, prin butonul de declanşare b2 sau prin contactele releelor e12 şi e13 (d, col. 4 şi 5). Releul e12 realizează protecţia diferenţială de curent şi se conectează la transformatoarele f1, f2 (circuite nefigurate în schemă), iar releul e18 realizează protecţia de frecvenţă: se deconectează motorul MS când frecvenţa sistemului electroenergetic scade sub o anumită limită (de fapt protecţia de frecvenţă realizează o declanşare „selectivă” a motoarelor MS până

41

la restabilirea frecvenţei sistemului). Contactele b3 fac parte din sistemul de acţionare al întreruptorului automat a, iar releele e9 şi e10 realizează protecţia la supratensiune şi tensiune minimă. Schema prezentată în fig. 3-14 se utilizează în cazul în care barele de 6 kV ale motoarelor pompelor de injecţie nu se alimentează prin intermediul bobinelor de reactanţă. Într-adevăr în cazul contrar, la pornirea motoarelor se produce o cădere de tensiune pronunţată (se ajunge la circa 55-70% din nU ), iar forţarea excitaţiei nu mai poate duce la sincronizarea motoarelor. De aceea în acest caz alimentarea suplimentară a circuitului de excitaţie nu se realizează de la f7 (acesta nu se montează) ci la un transformator corespunzător de 380/110 V care se alimentează de la „serviciile interne” ale staţiei şi care, la rândul lor, sunt conectate (printr-un transformator de 6/0.4 kV) înaintea reactanţelor. Cum pe barele de 6 kV dispuse înaintea reactanţelor (v. fig. 3-11), căderile de tensiune datorate pornirii motoarelor MS sunt mai mici (circa 75-90% din nU ), sistemul forţării excitaţiei reuşeşte în acest caz „ să tragă” motoarele MS în sincronism.

2.6 Instalaţii de tratare a ţiţeiului Ţiţeiul extras din zăcământ conţine o cantitate oarecare de apă (uneori

poate ajunge la 755 din totalul produsului extras), unele săruri (mai ales NaCl) şi impurităţi mecanice sub formă de particule de argilă şi nisip. Apa din ţiţeiul extras se prezintă în stare liberă sau sub formă de emulsii care se formează ca rezultat al amestecării apei şi ţiţeiului în procesul extracţiei şi cel al colectării produsului. Uneori ţiţeiul extras conţine sărurile sub formă de cristale care de fapt se formează la extragerea gazelor si a prelucrării primare a ţiţeiului. Apa, sărurile şi impurităţile mecanice conţinute în ţiţeiul extras au o serie de efecte negative (coroziunea, eroziunea, formarea de cruste, impurificarea produselor finale etc.) asupra aparaturii şi utilajelor din instalaţiile de prelucrare, de transport şi depozitare. Pentru a înlătura cât mai mult din aceste efecte se procedează la o tratare (prelucrare primară) a ţiţeiului extras înainte de a fi expediat din schelă, tratare care constă în ultima instanţă din desalinarea şi deshidratarea acestuia, dar care presupune şi alte operaţii cum sunt: dezemulsionarea, spălarea etc. Cel mai adesea se operează cu o emulsie de timpul “apă în ţiţei, care constă din particule de apă dispersate în ţiţei şi acoperite cu o peliculă hidrofobă care nu permite “unirea” acestor particule. Stabilitatea emulsiilor “apă în ţiţei” depinde de unele proprietăţi fizico-chimie ale produsului extras. Astfel, micşorarea particulelor de apă şi ale impurităţilor mecanice duce la creşterea stabilităţii emulsiilor, după cum prin creşterea temperaturii scade vâscozitatea produsului si stabilitatea emulsiilor. Stabilitatea acestor emulsii creşte odată cu trecerea timpului (se spune că emulsiile „îmbătrânesc”), de aceea, deshidratarea produsului trebuie operată imediat după extragerea sa. Pe de altă parte, uneori la nivelul schelei nu se realizează o deshidratare a ţiţeiului pană la valoarea normală şi atunci se realizează încă o operaţie de deshidratare la nivelul rafinăriei. O influenţă puternică asupra stabilităţii emulsiilor o are un câmp electric exterior. Fiecare particulă de apă din emulsie posedă o sarcină electrică distribuită uniform pe suprafaţa de delimitare a particulei; sarcina poate fi

42

pozitivă sau negativă în funcţie de aciditatea apei. Mediul dispersant care înconjoară particulele de apă poartă sarcini electrice de semn contrar celei de apă, dar cea mai mare densitatea de sarcină este cuprinsă în straturile imediat vecine particulei de apă. Introdusă într-un câmp electric exterior, emulsia menţionată îşi schimbă distribuţia sarcinilor electrice interne, ceea ce duce în final la înlăturarea barierelor electrice ce izolează particulele de apă şi împiedica unirea lor. În prezenţa câmpului electric exterior particulele de apă se unesc formând picături de apă din ce în ce mai mare şi în final se ajunge la separarea apei din ţiţei. Deci, în final, desalinarea se reduce la o deshidratare, eventual repetată, a produsului extras. Există mai multe metode pentru desalinarea şi deshidratarea ţiţeiului şi în condiţiile de schelă se utilizează în mod obişnuit metodele termochimice, termice, electrice, o combinaţie a primelor trei metode şi metoda decantării la rece cu aplicarea unor agenţi chimici. În cazul metodei termochimice se introduce un dezemulsionant care se amestecă cât mai bine cu emulsia de tip “apă şi ţiţei”, iar apoi întregul produs se încălzeşte până la o anumită temperatură. Printr-o decantare ulterioară apa se separă de ţiţei după care se efectuează îndepărtarea ei. Încălzirea produsului duce la micşorarea vâscozităţii acestuia şi la intensificarea circulaţiei particulelor de apă din produs, de care depinde contactarea şi reunirea acestor particule. În ceea ce priveşte procesul propriu-zis de colectare şi de tratare a ţiţeiului extras, se mai cunosc mai multe sisteme:

- sistemul deschis, în care produsul extras ia contact cu atmosfera încă de la început. Este cel mai ieftin dar are dezavantajul principal că se pierd (prin volatilizare la o anumită temperatură) toate fracţiile uşoare din produs;

- sistemul închis în care produsul nu ia contact deloc cu atmosfera. Este un sistem costisitor (investiţie ridicată), dar are avantajul reţinerii fracţiilor uşoare, al automatizării de înalt grad şi al controlării tuturor proceselor legate de tratare;

- sistemul mixt care cuprinde elementele primului şi celui de al doilea sistem cu avantaje şi dezavantajele parţiale ale acestor sisteme.

Se remarcă, însă, că încep să fie utilizate din ce în ce mai des diversele

variante ale sistemului închis pentru tratarea ţiţeiului. În figura 5-16 sunt redate elementele principale ale unei scheme tehnologice pentru o astfel de instalaţie de tratare a ţiţeiului. Ţiţeiul brut este pompat direct (sau prin parcurile de separare a gazelor) într-un vas tampon 1, care are rolul echilibrării presiunilor din sistemul de pompare. Preluat cu pompa P1 din vasul 1ţiţeiul este transferat spre un separator de apă liberă 3 după ce a trecut prin schimbătorul de căldură 2 şi după ce i s-a injectat cu pompa (cu pistoane) P2 o cantitate de dezemulsionant din rezervorul 4. Încălzirea ţiţeiului brut în schimbătorul 2 se realizează cu ajutorul ţiţeiului curat care este preluat din rezervorul spălare-tratare 7 cu pompa P4. Din vasul 3 ţiţeiul este trimis în rezervorul spălare-tratare 7 după ce a trecut mai întâi prin schimbătorul de căldură 6 alimentat cu abur. Apa rezultată în 7 prin decantarea produsului este trimisă (prin sifonul de apă reglabil 8 şi pompa P3) în decantorul de petrol 4’ şi apoi prin sifonul de apă 5 spre rezervorul de apă

43

reziduală 12. Pompa P8 preia în continuare această apă şi o expediază spre instalaţia de tratare a apei reziduale. După spălare, ţiţeiul din 7 este trimis cu pompa P4 spre rezervorul tampon de petrol curat 9 sau în rezervorul de petrol murdar 10. Înainte însă de a ajunge ţiţeiul curat în rezervorul 9 el îşi cedează căldura trecând prin schimbătorul 2. Toate aceste variante posibile de circulaţie a ţiţeiului se realizează cu ajutorul a doua ventile AV şi TV (cu trei căi şi două poziţii), iar monitorul capacitiv AC stabileşte dacă ţiţeiul este curat sau nu. De asemenea, dacă ţiţeiul, la ieşirea din 7 are o temperatură ridicată prin robinetul TV fluxul său este deviat prin schimbătorul de căldură 2. Ţiţeiul curat este evacuat din 9 cu pompele P6 şi P7 şi expediat spre rafinărie, iar petrolul murdar (neconform) din 10 este reintrodus în circuitul de tratare (la intrare în separatorul de apa liberă 3) cu ajutorul pompei P5. Gazele rezultate din procesul de tratare împreuna cu fracţiile uşoare sunt trimise spre degazolinare. Din urmărirea schemei tehnologice şi din cele prezentate anterior rezultă că transferul produselor în cadrul schemei se realizează cu pompele P1-P7. Aceste pompe sunt acţionate cu motoare asincrone cu colivie în construcţie antiexplozivă care au o schemă de comandă, protecţie şi semnalizare obişnuită (fig. 3-3). Trebuie menţionat, totuşi, că pornirea pompelor se realizează şi automat cu ajutorul regulatoarelor de nivel care menţin în vase şi rezervoare nivelele de lichid prestabilite. Apoi circuite de comanda ale acestor pompe sunt dotate cu semnalizatoare electrice de presiune maximă şi de lipsă de transfer de lichid (adică a stării de neamorsare a pompei). Fiecare pompă este dublată de o pompă de rezervă, care poate intra în funcţiune prin comandă manuală sau automată.

Figura 0-15 Schema tehnologică a procesului de tratare a ţiţeiului

44

În ultimul timp, pentru tratarea petrolului brut (provenit direct de la sonde sau

rezervoare tampon şi care conţine apă cu care se află în emulsie) prin metoda termică, a câmpului electric sau cu dezemulsionanţi chimici (când e cazul) şantierele petroliere sunt dotate cu instalaţii compacte care cuprind toate elementele necesare şi toată automatizarea specifică. În figura 3-16 este redata schiţa (simplificată) de principiu a instalaţiei. Cu o astfel de instalaţie de tratare se obţin unele economii importante (circa 33% combustibil, 0,2% kWh/tonă produs tratat, 50% dezemulsionanţi chimici), iar constucţia sa este unitară, multifuncţională şi transportabilă. În principal, instalaţia este formată dintr-un vas cilindric de presiune (se poate monta pe sanie sau fundaţie ) în interiorul căruia sunt delimitate constructiv şi funcţional mai multe secţiuni sau camere. Instalaţia este prevăzută, de asemenea, cu o claviatură corespunzătoare intrărilor şi ieşirilor de fluide, cu dispozitivele de ardere a combustibilului gazos cu reactanţe şi transformatoare de înaltă tensiune, cu pompă de injecţie a dezemulsionanţilor chimici şi cu armăturile de izolare respective, după cum se prevede toată gama de elemente de automatizare necesare unui anumit nivel de automatizare. Ţiţeiul brut intră în vas printr-o conductă corespunzătoare 1 în camera a şi se distribuie uniform în cele două părţi laterale ale vasului prin nişte orificii, cu care ocazie se separă gazele ce se colectează în domul dispus deasupra camerei a. Apoi petrolul trece printre doua mantale concentrice (carcasa exterioară a vasului de presiune şi carcasa internă care reprezintă camera de încălzire) spre parte inferioară a vasului, în camera b, unde se realizează spălarea sa (deci şi desalinarea sa) şi totodată se separă apa liberă C necuprinsă în emulsia de tip „apă în ţiţei”). Din zona b ţiţeiul şi emulsia ajung în secţiunea c a vasului unde se obţine încălzirea directă a produsului (circa 40-50°C) urmărindu-se în principal dezemulsionarea prin efect termic. Apa se separă prin dezemulsionare şi se decantează (se evacuează prin conducta 3), iar petrolul, emulsia şi apa rămasă se ridică în camera d şi trec peste pragul taler 5 în secţiunea e curgând într-un strat subţire. În acest fel se continuă separarea gazului, care se evacuează prin legăturile de la partea superioară a vasului (domul de gaze din dreptul camerei a are o legătura de conductă cu secţiunea d) şi o prespălare – decantare a petrolului şi emulsiei. Din camera e, printr-un sistem de distribuitoare (cu orificii sau deschideri de egală distribuţie) petrolul şi emulsia ajung în camera f în care se realizează tratarea electrică Aici un sistem de electrozi creează un câmp electric de înaltă tensiune cu ajutorul căruia se produce dezemulsionarea finală. De fapt, electrozii formează două zone de câmp, deci două zone de tratare a produsului: zona câmpului auxiliar format între electrodul aflat sub tensiune(izolat) şi corpul vasului (legat la masă) şi zona câmpului principal format între cei doi electrozi. Petrolul tratat este dirijat prin conducta de petrol curat 6 spre rezervorul corespunzător. Pentru denisiparea şi îndepărtarea rezidurilor din vasul cilindric se pompează în aceasta apă sub presiune realizându-se şi o purjare la batal.

45

Figura 0-16 Schema tehnologică de principiu a unei instalaţii automate transportabile

de tratare primar ă a ţiţeiului brut

În cazul în care vasul este prevăzut numai pentru tratare prin câmp electric

a ţiţeiului (vasul poate fi de tip sferic sau cilindric) pot exista una sau mai multe (trei) perechi de electrozi cu variantele în care fiecare electrod se racordează la câte un transformator de înaltă tensiune sau doar câte un electrod, iar celălalt legat la masă. În cazul a trei perechi de electrozi si trei transformatoare, acestea se leagă între ele (pe partea de joasă tensiune) în triunghi, iar în cazul a şase transformatoarele corespunzătoare unei perechi se leagă între ele în paralel, iar

Figura 0-17 Schema de comandă, protecţie, semnalizare şi măsurare a tratării electrice (în câmp electric) a ţiţeilui (cazul unei singure perechi de electrozi)

46

cele trei grupuri în triunghi. În acest fel se poate realiza alimentarea instalaţiei de la un sistem trifazat de 3x380V. Schema de comandă protecţie, semnalizare şi măsurare a unui circuit cu o pereche de electrozi (cu două transformatoare) este dată în fig. 3-17. Electrozilor E li se aplica o tensiune de 22-23-44 kV provenita de la doua transformatoare m1, m2 de 0,38/11-16, 5-22kV (modificarea înaltei tensiuni se obţine prin modificare unor legături la înfăşurările de înaltă tensiune ale transformatorului) şi a căror putere este cuprinsă de obicei între 10 şi 50kVA (ea poate atinge chiar 160 kVA. În circuitul primar al fiecărui transformator se înseriază bobinele de reactanţă f3,f4 care au rolul de a limita curentul de sarcina în cazul creşterii conductivităţii electrice a emulsiilor şi în cazul regimurilor de avarie. Conectarea şi deconectarea operativă se realizează cu butoanele b1-b4 (comandă dublă pornit-oprit din camera de comandă şi de la tabloul deshidratorului). Protecţia la scurtcircuit este realizată cu siguranţe fuzibile iar cea de suprasarcină cu relee maximale e2,e3 şi releul intermediar e6 (fig. 3-18, col. 4,5 şi 6) care „rupe” circuitul de alimentare al bobinei contactorului principal a (col.1). În această situaţie intră în funcţiune şi releele de semnalizare (de curent) e4, e5 care semnalizează cu clapetă avaria respectivă. În cazul în care nivelul ţiţeiului scade sub o anumită limită în vas, intră în funcţiune instalaţia de avertizare, iar prin contactul u şi releul intermediar e7 se obţine, de asemenea, declanşarea instalaţiei (col.7 şi 1). Accesul la transformatoarele de înaltă tensiune şi bobinele lor de reactanţă (montate de obicei pe o platformă dispusă deasupra vasului) este posibil pe o scară de serviciu prin ridicarea unei trape, care duce însă la deconectarea instalaţiei (buton de tip limitator de cursă b5 inclus în circuitul de alimentare al bobinei întrerupătorului principal a –col.1). Lămpile de semnalizare h1,h2 se aprind la alimentarea transformatoarelor; sunt montate pe vasul deshidratorului şi avertizează optic asupra regimului de lucru (cu unul sau două transformatoare). Lămpile de semnalizare h3 şi h4 sunt comandate de contactele auxiliare ale întreruptorului principal a şi avertizează asupra stării de funcţionare-nefuncţionare a întregii instalaţii. Pentru măsurarea tensiunii se prevede un voltmetru g3 cu un comutator voltmetric, iar pentru măsurarea curenţilor de sarcina pe fiecare transformator se prevăd ampermetrele g1, g2. Optimizarea construcţiei electrozilor unui deshidrator se reduce la obţinerea unei coalescenţe maxime în zona dintre electrozi în condiţiile unui consum minim de putere. Teoretic acest lucru este greu de realizat, având în vedere configuraţia complicată a electrozilor şi a câmpului electric şi de aceea ea se realizează pe modele practice. În mod obişnuit electrozii se execută sub formă de grătar din vergele de 10-15 mm, cu distanţa între vergele h-100-150 mm şi distanţa între grătarele electrozilor d=300 mm. În această situaţie puterea transformatorului de alimentare a electrozilor se poate determina cu relaţia:

(3.6)

în care U este tensiunea aplicată electrodului, în V; S-suprafaţa electrodului, în m2; σ - conductivitatea electrică a emulsiei ce se tratează, Ω*m-1 .

47

2.7 Iluminatul electric în şantierele de extracţie În cadrul unui şantier petrolier de extracţie iluminatul electric poate fi împărţit în două tipuri, în funcţie de amplasarea instalaţiilor sale:

- iluminatul exterior, pentru unele obiective „deschise” din schelă (rezervoarele, staţiile de pompe deschise. instalaţii de tratare, drumurile etc.);

- iluminatul interior, montat în interiorul clădirilor diverselor obiective (staţii de pompare, de compresoare, de transformatoare, ateliere, magazii etc.).

Din punct de vedere al împrejurărilor în care urmează să fie folosit, există un iluminat normal (pentru desfăşurarea normală a activităţii productive) şi un iluminat de siguranţă (pentru cazul avariilor, întreruperilor de tensiune), iar după modul repartizării luminii se poate vorbi de un iluminat general (în care se asigură o iluminare uniforma a întregii suprafeţe de lucru şi un iluminat local (iluminarea unei zone restrânse). Există, de asemenea tipul de iluminat mixt care rezulta din combinarea primelor două (general şi local). Din punct de vedere al mediului în care se amplasează instalaţia de iluminat există iluminat pentru mediul normal si pentru mediul exploziv.

Iluminatul interior în şantierele petroliere este, în general, un iluminat direct (fluxul luminos ajunge direct la planul util) şi se realizează cu lămpi cu incandescenţă, fluorescente sau cu vapori cu mercur. Calculul iluminatorului (interior si exterior) se realizează utilizând metode specifice sau metoda punct cu punct (pentru cazuri mai deosebite) şi luând în considerare un nivel normat de iluminare, care depinde de obiectivul respectiv şi importanţa sa (săli de pompe si compresoare 20lx, ateliere mecanice 50lx, parcurile de rezervoare 0,5-2lx, ateliere mecanice 50lx, parcurile de rezervoare 0,5-2lx, instalaţie canadiană de pompare 13lx, laboratoare 75lx etc.) . Iluminatul exterior are circuite separate de cele ale iluminatului interior, dar în multe cazuri ambele tipuri de iluminat se alimentează de la acelaşi tablou electric. Iluminatul de siguranţă are de asemenea, circuite separate faţă de celălalt tipuri de iluminat, iar alimentarea sa se face în mod obişnuit de la o sursă independentă (grup electrogen, bateria de acumulatoare etc.) la o tensiune cuprinsă între 36 şi 110V.

Pentru a prezenta în continuare unele amănunte privind instalaţiile de iluminat exterior şi interior, ne vom referi la o porţiune dintr-o zonă de extracţie În acest plan, format dintr-o platformă, se află unele obiective închise (baraca compresoare, baraca pentru transportul gazolinei, instalaţia uscare gazolină etc.) la care iluminatul interior este preponderent şi obiective deschise (separatoare orizontale schimbătoare de căldură, coloana de desorbţie etc.) la care importanţa deosebită o are iluminatul exterior.

Referindu-ne la iluminatul exterior se remarcă faptul că pentru iluminarea drumurilor, corpurile de iluminat se montează pe stâlpi de beton tip SE4 (de 10m) cu înălţimea de fixare h = 7,5-8 . În acest caz se utilizează corpuri de iluminat AV-125N echipate cu lampă cu vapori de mercur de 125W. În cazul iluminatului exterior din parcurile de rezervare (iluminatul general al parcului) se utilizează stâlpi cu înălţime mai mare (până la 20 m) pe care se montează unul până la trei reflectoare (proiectoare) tip P300, echipate cu lampă cu vapori

48

de mercur de tip LVM-250W (în vârful stâlpului se montează şi un electrod de 2-3 m cu vârfar corespunzător pentru protecţia contra descărcărilor atmosferice ale parcului). Alimentarea stâlpilor cu reflectoare sau a celor cu lămpi obişnuite se realizează cu cablu armat tip (CYAbY) de secţiune corespunzătoare. Porţiunea de cablu montată pe stâlp (până la corpul de iluminat) se prinde cu bride metalice, iar pe o anumită înălţime de la pământ (1,8-2m) se protejează în ţeavă de diametru corespunzător cu secţiunea cablului. Partea metalică a corpului de iluminat se leagă la pământ printr-un conductor al cablului (nulul de protecţie) de alimentare, această legătură executându-se prin şurubul de putere la pământ montat în interiorul armăturii. Toţi stâlpii de beton pentru iluminatul exterior se „leagă la pământ” printr-o centură de punere la pământ (completată cu prize de punerea la pământ adecvate) executată din platbandă OL-Zn de dimensiuni 40x 4 mm (Splatb.≥ 150 mm2), care se pozează de obicei în acelaşi şanţ în care se pozează şi cablu de alimentare. Pentru traversarea şoselelor (căilor ferate interioare etc.) cu cablurile de alimentare, se utilizează tuburi de beton tip telefonic cu patru găuri, iar când traseul cablului se intersectează cu canale tehnologice sau trasee de conducte, se realizează subtraversarea acestora, cablul fiind montat (în zona subtraversării) într-un protector metalic (cabluri trifazate) sau beton. Pozarea cablurilor pentru alimentarea iluminatului se face în aceleaşi condiţii ca şi pentru cablurile circuitelor de forţă (v. I7-78, cu completări din 1985).

În ceea ce priveşte iluminatul rezervoarelor propriu-zise (al coloanelor etc.) (fig. 3-20) pentru alimentarea sa se utilează, de asemenea, cablul armat (CYAbY) al cărui traseu urmăreşte însă unele detalii constructive specifice obiectivului respectiv (scările de acces, balustradele de protecţie, grinzile de susţinere etc.) iar armăturile lămpilor se fixează de aceste elemente sau pe stâlpii speciali de iluminat pentru platforme (ştendere), aşa ca elemente sau pe stâlpi speciali de iluminat pentru platforme (ştendere) aşa ca în fig. 3-19, care la rândul lor se fixează cu suporţi 1 şi brăţări 2 la nivelul ramei superioare a balustradei, iar la partea inferioară posedă un detaliu special de fixare (v. detaliu A din Figura 3-19) Acest stâlp se echipează cu un corp de iluminat tip Ai-100 (200) (Exd II BT 4) iar în interiorul stâlpului se trage un cablu CYABy 3x2,5 mm2 (cu conductorul pentru legarea la pământ a armăturii de iluminat). La baza stâlpului se utilizează o cutie (doză) de derivaţie pentru 6mm2 (tip IEC Botoşani).

Pentru traseul aerian al unei instalaţii de iluminat (în mediu exploziv) se poate utiliza şi cablu nearmat de tip CYY, dar în acest caz el se montează protejat în ţeava de oţel, De asemenea, pentru mediu normal (trasee subterane sau aeriene) se poate folosi şi cablu ACYY protejat în ţeavă de oţel.

În cazul iluminatului interior, în general, se folosesc aceleaşi tipuri de cabluri şi în aceleaşi condiţii de montaj cablu armat fără ţeavă de protecţie, cablul nearmat în ţeavă de protecţie de oţel) ca şi pentru iluminatul exterior. Pozarea cablurilor se face pe suporţi metalici sau dibluri (dependent de elementele constructive ale clădirii) care se fixează pe pereţi, tavanele (grinzile, fermele etc.) obiectul la distanţe unul de altul ce nu depăşeşte 1 m. La schimbări de direcţie raza de curbură nu trebuie să fie mai mică de 6 ori diametrul exterior al cablului. În punctele de derivaţie se folosesc doze antiex corespunzătoare (în X, în T, cu ieşire în fundul dozei de trecere etc.) pentru executarea legăturilor.

49

Dozele din care se racordează corpurile de iluminat nu pot fi folosite ca elemente de suspendare a corpurilor, fiecare armătură este fixată (suspendată), la înălţimea prevăzută, printr-un element de montaj corespunzător. În fig. 3-21 este prezentată o instalaţie electrică pentru iluminatul interior de la o baracă de compresoare. Obiectivul este dotat cu circuite de iluminat normal, iluminat de siguranţă şi pentru iluminat exterior al obiectivului, mediu considerat fiind cel exploziv. Corpurile folosite pentru iluminatul normal (interior sau exterior) sunt de tip AV-P-125 (antiex) echipate cu lămpi cu vapori de mercur de 125 W, iar pentru iluminatul de siguranţă se folosesc corpuri de tip AI-P_100 echipate cu lămpi cu incadescenţă. Fiecare corp de iluminat se leagă la pământ prin al treilea conductor al cablului de alimentare. Pentru singerea - aprinderea iluminatului se folosesc întreruptoare antiex (cod 7030 IEC Botoşani).

În cazul instalaţiei de iluminat prezentate în fig. 3-21, toate circuitele sunt montate în interiorul obiectivului (pe partea interioară a pereţilor). Alteori însă pentru o siguranţă suplimentară, toate circuitele se montează pe exteriorul pereţilor, iar spre interior se fac numai „intrările” pentru alimentarea lămpilor; în acest caz şi întreruptoarele se montează la exterior.

Circuitele de priză sunt separate de cele de iluminat, deşi se evită montarea lor în cadrul obiectivelor cu mediu exploziv; în caz de nevoie însă aceste circuite se execută din aceleaşi materiale, prizele propriu-zise fiind de tip antiexploziv.

Figura 0-18 Stâlp pentru iluminatul electric

artificial din parcurile de rezervoare

Figura 0-19 Iluminatul electric artificial

al rezervoarelor

50

Figura 0-20 Instalaţia electrică pentru iluminatul artificial şi de siguranţă al unei staţii de compresoare

Uneori, instalaţia interioară de iluminat se execută la obiective de dimensiuni destul de mari, cu distanţe mari între grinzi (sau ferme) şi atunci unele porţiuni ale circuitului de iluminat se montează pe cabluri de oţel de suspendare, prevăzute cu ancore corespunzătoare (la un capăt trebuie prevăzut un întinzător). În mod obişnuit cablul de suspendare se foloseşte numai pentru „purtarea” cablului de alimentare; pentru fixarea corpurilor de iluminat se prevăd sisteme separate, iar fixarea cablului electric de cel suspendare se face la distanţate de circa 0,5m. Toate cablurile de suspendare se leagă la centura de punere la pământ a clădirii, dar nu pot fi folosite ca elemente componente ale instalaţiei de punere la pământ.

În cazul iluminatului portativ se utilizează cabluri flexibile (întreaga lungime dintr-o bucată), iar corpul de iluminat trebuie să fie de tip antiex cu globul de sticlă protejat cu grătar metalic. Punctul de alimentare pentru iluminatul portativ (transformatorul coborâtor de tensiune) se stabileşte în mod obişnuit în exteriorul obiectivului, tensiunea de alimentare fiind 24-36V se utilizează lampa de incandescenţă.

În cazul obiectivelor cu mediul normal (magazii, ateliere, birouri, unele încăperi ale laboratoarelor) instalaţia pentru iluminatul interior se execută (în montaj aparent sau îngropat) cu conductoare de top AFY-2,5 mm2 (pentru faze şi nul de lucru), respectiv de tip FY 1,5 mm2 (pentru nulul de protecţie) montate în tuburi de protecţie corespunzătoare. Întreruptoarele şi prizele (de tip îngropat sau aparent) sunt cele pentru mediul normal. Corpurile de iluminat cele mai utilizate în acest caz sunt cele pentru tuburi fluorescente. În cazul în care mediul nu este exploziv, dar este umed sau cu praf (grupuri sanitare, băi etc.) instalaţia electrică se execută în tuburi etanşe, cu corpuri de iluminat etanşe.

51

Alimentarea circuitelor de iluminat se face de la tablourile de lumină (centrale, secundare). Un astfel de tablou se amplasează de obicei în exteriorul zonei explozive şi se execută din cutii capsulate, care grupează convenabil într-un complet (în funcţie de schema monofilară a tabloului) şi care se montează pe un stelaj metalic adecvat. Protecţia circuitelor la scurtcircuit se realizează, în general, cu siguranţe fuzibile ce se montează în elementele de tip LF (pentru 25 sau 63A). Dacă se preconizează stingerea-aprinderea a iluminatului, atunci circuitele respective sunt dotate în tablou şi cu un întreruptor corespunzător (tip P10, 25A). Din ultimele studii privind instalaţiile de iluminat şi economia de energie electrică ce se poate obţine din utilizarea raţională a acestor instalaţii, rezultă că este economică realizarea unor sisteme de comandă automată a stingerii-aprinderii iluminatul, dotate şi cu reglajul automat (în funcţie de luminozitatea momentului dat de timp şi nivelul de iluminare necesar) al tensiunii de alimentare, bazate pe variatoare de curent alternativ.

În cazul tablourilor de iluminat alimentate trifazat, reparaţia circuitelor pe cele trei faze se face astfel încât încărcarea să fie cât mai simetrică. Partea metalică a tablourilor de iluminat se conectează la centura de legare la pământ.