注水泵高壓變頻器使用效果評(píng)價(jià)

黃克倉 劉濤 王磊 楊衛(wèi)華

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源問題已經(jīng)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(fā)、運(yùn)輸當(dāng)成首要任務(wù)。中國在突飛猛進(jìn)發(fā)展的同時(shí)，同樣出現(xiàn)了待解決的各種問題。石油作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的血液，近年來不僅在開發(fā)、利用方面加大了研發(fā)力度，對(duì)于后期的治理和可持續(xù)開發(fā)領(lǐng)域也投入了相當(dāng)大的精力。文章針對(duì)油田注水的相關(guān)問題，從水泵高壓變頻角度出發(fā)，對(duì)其流量控制方式、變頻原理和系統(tǒng)原理等方面的內(nèi)容進(jìn)行了淺要分析。

關(guān)鍵詞：油田注水；注水泵；高壓變頻器

引言

作為穩(wěn)定高產(chǎn)的重要手段措施，油田注水環(huán)節(jié)已經(jīng)越來越受到重視。受到自身壓力大、水量多的注水特點(diǎn)限制，油田使用的電機(jī)多為高功率，沉重的工作量決定了電機(jī)必然長期處于高能耗的運(yùn)行狀態(tài)，但是與此同時(shí)，油田斷裂區(qū)段的大小不同，使得注水量必須隨著開采情況進(jìn)行調(diào)整，這就出現(xiàn)了很多油田的注水系統(tǒng)存在著理想流量與實(shí)際流量差異巨大的情況，給穩(wěn)定高效的生產(chǎn)帶來了挑戰(zhàn)。面對(duì)這樣的問題，近幾年來逐漸在變頻器領(lǐng)域取得了理想突破，變頻調(diào)速裝置賦予了油田水泵注水調(diào)整能力，使得電動(dòng)機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行注水的理想狀態(tài)，達(dá)到了節(jié)能的根本目的。

1 變頻器系統(tǒng)與原始系統(tǒng)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(tǒng)來實(shí)現(xiàn)注水過程中流量的調(diào)整，同時(shí)對(duì)壓力造成調(diào)整。受到技術(shù)手段的要求和限制，泵內(nèi)溫度升高會(huì)造成腐蝕或者零部件的焚毀，所以長時(shí)間的低排量運(yùn)行不可實(shí)現(xiàn)，因此過去一直被迫采取大流量降溫的方式保持機(jī)器的穩(wěn)定運(yùn)行，但卻給能源消耗帶來很多不必要的浪費(fèi)。保持原有系統(tǒng)不變，使用水泵進(jìn)行注水，則能源消耗的主要損失集中在控制閥節(jié)流方面，研究分析發(fā)現(xiàn)，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(diào)速的概念，對(duì)原有機(jī)械類型進(jìn)行改在，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

1.2 變頻調(diào)速的基本原理

注水泵的實(shí)際流量和理想流量間的巨大差距決定了油田注水電機(jī)的節(jié)能潛力巨大。變頻器通過對(duì)變送器回饋壓力值的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)注水泵排水量的控制，再和預(yù)測的變頻器壓力值進(jìn)行分析對(duì)比，為內(nèi)部調(diào)節(jié)器提供數(shù)據(jù)支持，接受數(shù)據(jù)之后，PID系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)差值進(jìn)行運(yùn)算和調(diào)整，控制變頻器運(yùn)行。與此同時(shí)，變頻器的運(yùn)行參數(shù)也可通過特殊渠道傳輸?shù)街醒胗?jì)算機(jī)組，計(jì)算機(jī)做出適時(shí)反應(yīng)，隨時(shí)進(jìn)行檢測和監(jiān)控，運(yùn)行壓力、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、輸入壓力、輸入電流、輸出壓力、輸出電流等相關(guān)參數(shù)相應(yīng)調(diào)整，最終達(dá)到系統(tǒng)調(diào)節(jié)的目的。

1.3 變頻器系統(tǒng)與原有系統(tǒng)的比較

首先在操作便捷性上，變頻控制有著天然的優(yōu)勢，無需手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門和水閘節(jié)省了大量人力，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度同時(shí)節(jié)省了人員開支，與此同時(shí)提升了工作效率，一舉多得。其次，在噪音降低方面，啟動(dòng)時(shí)從低頻開始逐漸完成加速，過段時(shí)間之后，達(dá)到理想的設(shè)定頻率，如此一來啟動(dòng)電流對(duì)于電網(wǎng)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(shí)保護(hù)用電設(shè)備，減少電動(dòng)機(jī)的損耗，延長使用壽命，節(jié)省用電成本的同時(shí)還能節(jié)省維修成本和降噪處理成本。在實(shí)際的操作過程中，變頻調(diào)速來滿足一切有關(guān)流量和壓力的運(yùn)行基本條件。通過壓力與流量閉環(huán)控制完成注水，注入情況發(fā)生改變時(shí)，變頻系統(tǒng)做出反應(yīng)，對(duì)水泵做出調(diào)節(jié)，控制水壓力和流量，與此同時(shí)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(jié)省能源，另一方面減少了閥門的維護(hù)量，提升自動(dòng)化水平的同時(shí)達(dá)到了降噪的效果，改善工作環(huán)境。變頻器還能夠根據(jù)需求自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使得系統(tǒng)平滑穩(wěn)定，水泵的運(yùn)行參數(shù)得到改進(jìn)，對(duì)提升系統(tǒng)效率做出了卓越的貢獻(xiàn)。

2 采用高壓變頻后的效果分析

以某油田的接轉(zhuǎn)站為例，一天可定功率在185kw左右，型號(hào)為5DS/25.76/20注污水注水泵，采用Y-△的啟動(dòng)方式，工程頻率進(jìn)行控制，水流量主要通過閥門進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。目前采用某公司生產(chǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì)水流量的調(diào)整，完成油田地層的注水自動(dòng)化控制，取得了相對(duì)理想的成果，主要節(jié)能效果如下。首先在假設(shè)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(yīng)該在每小時(shí)15.76方，經(jīng)測試，每小時(shí)的回流量在12立方米左右，將管網(wǎng)阻力等方面的損失計(jì)算在內(nèi)，理論上的耗電量應(yīng)該在3990kw左右。按照當(dāng)前市價(jià)，0.65元/kWh來計(jì)算，每天節(jié)約下來的電費(fèi)每天將達(dá)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(shí)際功率也能夠達(dá)到每小時(shí)110kw，由此計(jì)算，實(shí)際的消耗電量在2600kw左右，和理論的耗電量相比，每天可以節(jié)約3996-26400=1356KW，但從電費(fèi)的角度出發(fā)，每天就可以節(jié)約1356×0.65=881元，按這個(gè)比例計(jì)算，每年節(jié)約電費(fèi)32萬元，和以往相比，節(jié)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(diào)速效果主要集中在兩個(gè)方面。一方面是節(jié)能型作用，受到現(xiàn)場工藝和技術(shù)等方面的要求，在負(fù)載方面的訴調(diào)范圍比較廣，注水泵往往只能在低工況的情況下進(jìn)行工作。如果此時(shí)能夠根據(jù)工藝情況對(duì)何在，進(jìn)行調(diào)整可以最大程度上彌補(bǔ)這方面的不足。一般情況下，注水泵的輸出量和轉(zhuǎn)速是成正比的，那么當(dāng)現(xiàn)場實(shí)際情況要求只供應(yīng)一半流量的時(shí)候，需要將負(fù)荷進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)節(jié)，這是如果操作得當(dāng)，節(jié)約的能量消耗相當(dāng)可觀。另一方面，就是功能型的作用，變頻器設(shè)備自身的一大優(yōu)點(diǎn)就是可靠性很高，在安裝投入運(yùn)行之后，可以大大提升機(jī)組運(yùn)行的安全系數(shù)。另外，油田的特殊工作環(huán)境決定了注水系統(tǒng)的嚴(yán)苛性，負(fù)載嚴(yán)苛對(duì)于工藝提出更嚴(yán)峻的要求，并且隨著實(shí)際情況的變化，工程情況也要及時(shí)作出應(yīng)對(duì)，這就要求設(shè)備能夠快速的跟蹤工藝變化并且保證足夠的調(diào)整精度，變頻器調(diào)頻精度高、相應(yīng)環(huán)境快、調(diào)整能力強(qiáng)的特點(diǎn)，決定了它成為改變注水系統(tǒng)現(xiàn)狀的最佳選擇。

3 變頻器對(duì)于變水量控制節(jié)能的重要意義

經(jīng)過一段時(shí)間的工程情況分析，采用變頻調(diào)速的方式來彌補(bǔ)過去注水系統(tǒng)的缺陷，滿足穩(wěn)定高效的生產(chǎn)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(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的調(diào)整。可以用壓力流量閉環(huán)控制注水的壓力和流量，在注入站工況改變時(shí)，變頻器可以使注水泵自動(dòng)調(diào)節(jié)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(jié)約了電能，又對(duì)閥門起到了很好的保護(hù)作用，使其不至于發(fā)生疲勞性損壞。另一方面，變頻器自動(dòng)化水平的提升改善了過去傳統(tǒng)落后的工作環(huán)境，減輕人工勞動(dòng)量，給油田發(fā)展帶來了先進(jìn)的發(fā)展理念。和傳統(tǒng)的注水系統(tǒng)相比，變頻器能夠根據(jù)需求量自動(dòng)完成對(duì)水量的調(diào)整，工作局限小，過程平滑穩(wěn)定。水泵的運(yùn)行參數(shù)也有很強(qiáng)的靈活性，對(duì)于提升系統(tǒng)效率有著重要的意義。

4 結(jié)束語

從上述分析可以看出，無論在理論分析還是實(shí)際效果應(yīng)用方面，采用變頻控制的手段進(jìn)行調(diào)速，從而完成油田或其他領(lǐng)域的技能降耗。隨著市場化經(jīng)濟(jì)競爭的日益激烈，很多企業(yè)都開始著眼于有利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的技術(shù)手段措施，節(jié)能環(huán)保成為了當(dāng)今企業(yè)向前發(fā)展的基本方向。從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下的變頻系統(tǒng)能夠同比節(jié)能百分之三十以上。通過對(duì)注水泵系統(tǒng)的技術(shù)改造，經(jīng)過長時(shí)間的檢驗(yàn)，降噪等方面的優(yōu)勢也逐漸顯現(xiàn)出來。實(shí)際的市場調(diào)研也充分證明了該產(chǎn)品的可靠性和實(shí)用性。功能齊全、技術(shù)先進(jìn)的變頻器發(fā)展前途一片光明，也為更高科技的高壓變頻調(diào)速技術(shù)在油田其它工序的技術(shù)改造提供了一條可行的途徑，在高壓變頻改造領(lǐng)域具有極大的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]宋維東.高壓變頻技術(shù)在油田注水的應(yīng)用.