油田高压注水泵能耗分析与探索陶波王同峰刘永明胡勇陆文忠马.DOC

油田高压注水泵能耗分析与探索 陶 波 王同峰 刘永明 胡 勇 陆文忠 马 军 （中国石油塔里木油田，新疆库尔勒，841000） 摘要：高压注水泵是注水系统的核心设备，能耗损耗达30%以上。随着油田开采进入中后期，油田区块配注水量也随之发生变化，部分注水泵的需求注水量与泵的额定排量不匹配，使注水泵运行在非高效段，造成注水单耗较高。通过实践，注水泵增加变频装置能够解决注水泵与注水管网工况的匹配难题，降低了注水系统的能耗，改变了现场多台注水泵的启停管理方式，使人工劳动强度和设备的故障率得以降低，推广前景良好。 关键词：高压注水泵 能耗 变频装置 注水系统是油田生产系统的主要组成部分，它担负着油田实现高产稳产，保持油层能量的主要任务，同时注水系统也是耗能大户，注水耗电约占生产用电的19%以上，并呈逐年上升趋势。注水工艺系统主要包括注水机组和注水系统管网两部分，注水泵是注水系统的核心设备，能耗损耗达30%以上。如何降低注水系统能耗，提高注水有效率成为亟待解决的问题。 1 注水泵运行主要问题 随着注水开发的不断调整，油田区块配注水量也随之发生变化，部分注水泵的注水量与泵的额定排量不匹配，注水量一定，运行1台泵排量不足、运行2台泵排量有余，大小匹配欠佳，使注水泵运行在非高效段，造成注水单耗较高。同时，注水泵的出口调节方式落后，采用手动阀门调节，截流损失大，造成大量的能源浪费。如油田某注水站高压注水泵，泵出口压力为16.4MPa，而阀后压力却降为13.3MPa，注水泵出口阀截流损失达到10.6%，远超截流损失率的指标要求。部分油田的注水泵采用的变频方式落后，采用高-低-高方案，两次电压变换，能量损耗大，发热严重，无法正常投运。 2 注水泵改造措施 对于提高注水泵效的工作, 塔里木油田和其他油田均采取了很多措施, 特别是在离心泵的改造上卓有成效。主要有以下几方面： 1）对离心泵结构进行改造 ①车削叶轮直径②打光流道③更换与叶轮不匹配的导翼④提高泵加工质量, 提高材质⑤严格检查泵的维修质量。 2）提高泵的运行效率 ①在离心注水泵运行过程中, 通过观察泵的运行特性和管网状态, 使泵在高效区工作。当水泵和注水干线的压力差大于单级叶轮增压值时, 应拆掉一级叶轮, 同时拆去导翼, 并安装导流套, 从而降低了泵内损失和泵管压差控制损失。 ②泵的所需功率和电机的功率相匹配 加装变频装置，使注水泵输出功率与注水量、注水管网压力匹配。 3）推广使用高效泵 在上述几种节能措施中，注水泵加装变频装置代表了节能的技术发展方向。变频节能装置通过改变电源频率来降低电机转速，减少输出功率，对注水泵电动机进行恒压变频调节，使注水泵的排量与动态的注水量实现很好的匹配，同时，杜绝高压水打回流现象。变频技术操作简单、应用广泛、节能效果直观，在小型泵的节能降耗方面应用较为普遍，对像注水泵这样的大型高压设备应用较为少见。 3 注水泵变频装置的选择 塔里木油田某站注水泵电机额定参数：额定功率：630kW，额定电流：44.3 A ，额定电压：10kV，额定功率因数：0.87，额定转速：1480r/min。水泵额定参数：额定流量：80m3/h ，实际流量：70m3/h，扬程H 1480m。2台泵实际每天流量2700 m3/d，1台泵全负荷运行，1台泵间歇运行。运行参数：电机运行电流：40A ，运行流量：70 m3/h ，平均运行时间：7000小时。 从现场运行情况分析，如果运行1台注水泵，日注水量为1920m3，不能满足注水要求。如果同时运行2台注水泵，额定排量160 m3/h，而实际注水流量仅为90~120 m3/h左右。其中1台注水泵不能满负荷运行，该站目前采取截流的方法满足注水需求，能量损耗较大。根据高压注水泵的运行现状，对该站3台高压注水泵采用一台工频运行、1台变频运行，通过注水泵变频减少其流量从而将总流量调节至注水需求流量。经充分论证，现场选择并安装了施耐德ATV1100绿色环保高压变频器，该系列变频采用世界首创的三电平PWM输出的功率单元直接串联的方式实现直接高压输出。该系列变频器具有对电网谐波污染极小，输入功率因数高，输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热、转矩脉动、噪音、dv/dt及共模电压等问题的特性，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机。 4 注水泵变频装置可行性分析 从流体力学的原理得知，使用感应电动机驱动的离心泵负载，轴功率P与风量Q，扬程H的关系为： 当电动机的转速由n1变化到n2时,Q、H、P与转速的关系如下: 可见流量Q和电机的转速n是成正比关系的，而所需的轴功率P与转速的立方成正比关系。所以当需要80％的额定流量时，通过调节电机的转速至额定转速的80％，即调节频率到40Hz即可，这时所需功率将仅为原来