注水泵高壓變頻器使用效果評價

黃克倉 劉濤 王磊 楊衛華

摘 要：隨著經濟的飛速發展，能源問題已經成為人類要解決的重大問題之一，各國都已把能源的使用、開發、運輸當成首要任務。中國在突飛猛進發展的同時，同樣出現了待解決的各種問題。石油作為經濟發展的血液，近年來不僅在開發、利用方面加大了研發力度，對于后期的治理和可持續開發領域也投入了相當大的精力。文章針對油田注水的相關問題，從水泵高壓變頻角度出發，對其流量控制方式、變頻原理和系統原理等方面的內容進行了淺要分析。

關鍵詞：油田注水；注水泵；高壓變頻器

引言

作為穩定高產的重要手段措施，油田注水環節已經越來越受到重視。受到自身壓力大、水量多的注水特點限制，油田使用的電機多為高功率，沉重的工作量決定了電機必然長期處于高能耗的運行狀態，但是與此同時，油田斷裂區段的大小不同，使得注水量必須隨著開采情況進行調整，這就出現了很多油田的注水系統存在著理想流量與實際流量差異巨大的情況，給穩定高效的生產帶來了挑戰。面對這樣的問題，近幾年來逐漸在變頻器領域取得了理想突破，變頻調速裝置賦予了油田水泵注水調整能力，使得電動機能夠實現變轉速調節，實現根據實際情況進行注水的理想狀態，達到了節能的根本目的。

1 變頻器系統與原始系統比較

1.1 原有的流量控制手段

通常情況下，油田的高壓注水主要是通過水閘或者閥門系統來實現注水過程中流量的調整，同時對壓力造成調整。受到技術手段的要求和限制，泵內溫度升高會造成腐蝕或者零部件的焚毀，所以長時間的低排量運行不可實現，因此過去一直被迫采取大流量降溫的方式保持機器的穩定運行，但卻給能源消耗帶來很多不必要的浪費。保持原有系統不變，使用水泵進行注水，則能源消耗的主要損失集中在控制閥節流方面，研究分析發現，通過控制污水量來降低水壓，使注水閥門控制壓力差的能力得到提升，因此引入了變頻調速的概念，對原有機械類型進行改在，達到節能降耗的目的。

1.2 變頻調速的基本原理

注水泵的實際流量和理想流量間的巨大差距決定了油田注水電機的節能潛力巨大。變頻器通過對變送器回饋壓力值的分析，實現對注水泵排水量的控制，再和預測的變頻器壓力值進行分析對比，為內部調節器提供數據支持，接受數據之后，PID系統自動根據差值進行運算和調整，控制變頻器運行。與此同時，變頻器的運行參數也可通過特殊渠道傳輸到中央計算機組，計算機做出適時反應，隨時進行檢測和監控，運行壓力、電動機轉速、輸入壓力、輸入電流、輸出壓力、輸出電流等相關參數相應調整，最終達到系統調節的目的。

1.3 變頻器系統與原有系統的比較

首先在操作便捷性上，變頻控制有著天然的優勢，無需手動調節閥門和水閘節省了大量人力，降低了勞動強度同時節省了人員開支，與此同時提升了工作效率，一舉多得。其次，在噪音降低方面，啟動時從低頻開始逐漸完成加速，過段時間之后，達到理想的設定頻率，如此一來啟動電流對于電網的沖擊是逐漸完成，起初的值很小，因此噪音明顯減小，與此同時保護用電設備，減少電動機的損耗，延長使用壽命，節省用電成本的同時還能節省維修成本和降噪處理成本。在實際的操作過程中，變頻調速來滿足一切有關流量和壓力的運行基本條件。通過壓力與流量閉環控制完成注水，注入情況發生改變時，變頻系統做出反應，對水泵做出調節，控制水壓力和流量，與此同時水泵出口部位的閥門全部打開，使得壓力差趨近于零。如此一方面節省能源，另一方面減少了閥門的維護量，提升自動化水平的同時達到了降噪的效果，改善工作環境。變頻器還能夠根據需求自動調節轉速，使得系統平滑穩定，水泵的運行參數得到改進，對提升系統效率做出了卓越的貢獻。

2 采用高壓變頻后的效果分析

以某油田的接轉站為例，一天可定功率在185kw左右，型號為5DS/25.76/20注污水注水泵，采用Y-△的啟動方式，工程頻率進行控制，水流量主要通過閥門進行控制和調節。目前采用某公司生產的KV2000無感矢量控制高壓變頻供水裝置，通過控制注水閥門來實現對水流量的調整，完成油田地層的注水自動化控制，取得了相對理想的成果，主要節能效果如下。首先在假設此油田每天的污水量為400立方米，按照水泵的類型來講，流量應該在每小時15.76方，經測試，每小時的回流量在12立方米左右，將管網阻力等方面的損失計算在內，理論上的耗電量應該在3990kw左右。按照當前市價，0.65元/kWh來計算，每天節約下來的電費每天將達到將近2500元。在安裝了高壓變頻供水裝置之后，水泵的平均使用頻率在30赫茲左右，實際功率也能夠達到每小時110kw，由此計算，實際的消耗電量在2600kw左右，和理論的耗電量相比，每天可以節約3996-26400=1356KW，但從電費的角度出發，每天就可以節約1356×0.65=881元，按這個比例計算，每年節約電費32萬元，和以往相比，節能效果在百分之三十以上，效果顯著。

從以上成果分析中可以看出，變頻調速效果主要集中在兩個方面。一方面是節能型作用，受到現場工藝和技術等方面的要求，在負載方面的訴調范圍比較廣，注水泵往往只能在低工況的情況下進行工作。如果此時能夠根據工藝情況對何在，進行調整可以最大程度上彌補這方面的不足。一般情況下，注水泵的輸出量和轉速是成正比的，那么當現場實際情況要求只供應一半流量的時候，需要將負荷進行進一步的調節，這是如果操作得當，節約的能量消耗相當可觀。另一方面，就是功能型的作用，變頻器設備自身的一大優點就是可靠性很高，在安裝投入運行之后，可以大大提升機組運行的安全系數。另外，油田的特殊工作環境決定了注水系統的嚴苛性，負載嚴苛對于工藝提出更嚴峻的要求，并且隨著實際情況的變化，工程情況也要及時作出應對，這就要求設備能夠快速的跟蹤工藝變化并且保證足夠的調整精度，變頻器調頻精度高、相應環境快、調整能力強的特點，決定了它成為改變注水系統現狀的最佳選擇。

3 變頻器對于變水量控制節能的重要意義

經過一段時間的工程情況分析，采用變頻調速的方式來彌補過去注水系統的缺陷，滿足穩定高效的生產需求，使得注水泵可以在大流量和小流量之間自由切換，高壓和低壓也能實現快速準確的調整。可以用壓力流量閉環控制注水的壓力和流量，在注入站工況改變時，變頻器可以使注水泵自動調節注水壓力和流量。全開的洞口閥門使得壓力差迅速降低，不但節約了電能，又對閥門起到了很好的保護作用，使其不至于發生疲勞性損壞。另一方面，變頻器自動化水平的提升改善了過去傳統落后的工作環境，減輕人工勞動量，給油田發展帶來了先進的發展理念。和傳統的注水系統相比，變頻器能夠根據需求量自動完成對水量的調整，工作局限小，過程平滑穩定。水泵的運行參數也有很強的靈活性，對于提升系統效率有著重要的意義。

4 結束語

從上述分析可以看出，無論在理論分析還是實際效果應用方面，采用變頻控制的手段進行調速，從而完成油田或其他領域的技能降耗。隨著市場化經濟競爭的日益激烈，很多企業都開始著眼于有利于企業經濟效益的技術手段措施，節能環保成為了當今企業向前發展的基本方向。從經濟角度出發，自動運行狀態下的變頻系統能夠同比節能百分之三十以上。通過對注水泵系統的技術改造，經過長時間的檢驗，降噪等方面的優勢也逐漸顯現出來。實際的市場調研也充分證明了該產品的可靠性和實用性。功能齊全、技術先進的變頻器發展前途一片光明，也為更高科技的高壓變頻調速技術在油田其它工序的技術改造提供了一條可行的途徑，在高壓變頻改造領域具有極大的推廣價值。

參考文獻

[1]宋維東.高壓變頻技術在油田注水的應用.