轉油站機泵節能技術與方法應用分析

胡延軍（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

轉油站承擔著采油隊抽油機、螺桿泵、電泵井的產液、產氣處理和含水原油外輸及集油管網摻水、油井熱洗等任務，是油田油氣集輸的專用場所。油田現場能耗主要分為采油、集輸、注入三大系統能耗，其中轉油站集輸系統能耗占總能耗的比例為70%左右，而輸油泵、摻水泵、熱洗泵又是油氣集輸系統中的主要耗電設備，占集輸耗電的60%，存在一定的節能潛力。通過調查轉油站機泵運行情況，發現綜合耗電高的主要原因，并采取行之有效的措施來遏制能耗的上升，為轉油站節能降耗提供技術支持是油田亟待解決的問題。

1 轉油站機泵能耗分析

據統計我國驅動各種泵的電動機超過5×106kWh，每年要消耗800×106～1000×106kWh 的能量，占我國工業能源消耗量的75%，總能源消耗量的60%[1]。經統計某作業區2010—2013年集輸油系統年耗電為2500×104kWh 左右，主要包括轉油站外輸油、摻水、熱洗耗電，如轉油站外輸油系統輸液單耗，最高的站輸液單耗為0.46 kWh/m3，最低的站輸液單耗僅0.1 kWh/m3。

1.1 外輸泵能耗分析

本站外輸泵型號為155D—30A×4，額定電流164 A，理論排量為3720 m3/d，而目前最高流量為3200 m3/d 左右。為了平穩輸油，采用控制泵出口閥門的開啟度來調節外輸排量，但這樣截流損耗大，大量電能消耗在克服截流部件的阻力上，損失率可達到16%～19%，導致泵不在經濟高效區內運行。實際運行時泵管壓差達到0.7 MPa，超過大慶油田規定的泵管壓差值0.5 MPa 的標準。綜合情況分析，泵機組運行效率低的主要因素是泵管壓差大以及泵流量、揚程與實際生產需要不相匹配。本站2013年輸油全年總耗電為230 310 kWh。

1.2 摻水泵能耗分析

油井生產所需的拌熱摻水量是隨著油井回油溫度和環境溫度升高而逐漸減少的。本站從2003年采取了夏季停摻水泵管理，使油井摻水總量大大減少。隨著油田進入高含水期的開采，油井產液、含水逐漸上升，使不摻水生產的油井數逐漸增多，結合近年季節和環境因素的變化，給延長停泵時間提供了內在及外在條件。

另外冬季摻水泵輸送的液體為緩沖罐沉降的含油污水，水質差、礦化度高，在長期高溫運行狀態下，造成泵內結垢腐蝕，泵效明顯下降。轉油站每年定期酸洗，定時定量加注緩蝕阻垢劑，但治標不治本，只能暫時延緩泵垢的危害，而且這些化學藥品會造成環境污染，損害泵內機件。本站2013年摻水泵全年總耗電為401 385 kWh。

1.3 熱洗泵能耗分析

本站兩臺熱洗泵機組主機型號為YD48—50×12，揚程為600 m，額定排量為48 m3/h；副機型號為YB315M—2，功率132 kW，額定電流242.3 A。根據實際洗井經驗，熱洗壓力達到4 MPa 左右可保證洗井質量（另有洗井溫度作為熱洗輔助條件）。現有機組在正常洗井時（即井、間、站控制良好，沒有憋壓現象），電流控制在180～200 A 之間，熱洗壓力即可到5～6 MPa。另外近年來螺桿泵增多，因其為容積式的轉子泵，洗井時，熱洗泵排量大，螺桿泵需要熱洗排量相對較少，使熱洗泵的大量熱洗水打到摻水管線內做無效水循環。因此現有機組整體技術參數與實際生產不匹配，存在“大材小用”現象，設備沒有充分發揮其功效，從而造成實際生產運行中大量電能浪費。據統計2013年熱洗泵全年總耗電為94 726 kWh。

2 轉油站機泵節能措施

機泵能耗高是由機泵運行效率低引起的，機泵的運行效率由泵的運行工況點所決定，泵的工況點就是離心泵特性曲線與管路特性曲線的交點，即離心泵給出的能量與管路輸送液體所消耗的能量相等的點稱為離心泵工況點。而要提高離心泵運行效率就要用技術的手段調整離心泵的工況點，也就是讓離心泵在最佳工況區內運行。現場廣泛采用的是改變離心泵性能曲線的方法來調整離心泵的工況點。

結合2013年油田老區改造，提出了各類機泵的節能措施，在1—9月份間實施，達到了預期的效果，且收到了一定的經濟效益。

2.1 外輸泵節能措施

2.1.1 離心泵減級

本站有3 臺外輸泵，1#、2#為變頻泵，因此對3#工頻泵改造減級，由四級減為三級（減去第三級葉輪，中間加入相應尺寸減級套填補）。2013年4月改造實施完畢，減級后泵管壓差降低，輸油平穩。見表1、表2。

表1 3#外輸泵減級前后各參數對比

表2 3#外輸泵減級前后能耗對比

減級后按月節電6000 kWh 計算，年節電3.6×104kWh（按運行6 個月計算），年節約電費1.970 2萬元（按0.547 3 元/kWh 標準計算）。輸液單耗由0.22 kWh/m3下降至0.16 kWh/m3。

2.1.2 應用變頻技術

轉油站2 臺外輸泵安裝變頻（一拖二）裝置。

由交流異步電動機轉速公式n=60f（1-S）/P可知，在磁極對數P 和轉差率S 不變時，如均勻地改變電源的頻率f ，就可平滑地改變電動機的同步轉速n ，因此變頻器是通過改變供電頻率來改變電動機同步轉速，使與電動機相連的泵轉速與電動機轉速相同，泵出口閥門可處于全開狀態，使機泵達到“無阻力”輸送，同時實現動態調控泵運行參數，維持液位或壓力穩定在設定位置上，保證外輸泵在最佳工況區域運行，避免無效損耗。實踐證明，利用變頻調速避免了設備“大馬拉小車”，節能效果明顯。

變頻技術調速范圍寬，調速效率高；功率因數一般保持在0.92 左右，啟動次數不受限制，啟動損耗小，對電網沖擊小，啟動電流約為額定電流的1～1.2 倍，電動機繞組不會過熱；可有效延長機泵及相關設備的使用壽命，進一步降低裝置運行噪聲，操作簡單，安全可靠。應用此技術與更換機泵相比將大大減少投資。

應用變頻調速裝置消除了閥門截流產生的無功能耗。變頻運行頻率僅為33 Hz，站內泵管壓差由原來的0.7 MPa 下將至0.1 MPa，轉油站日均節電240 kWh，年節電4.32×104kWh（按運行6 個月計算），年節約電費2.364 3 萬元（按0.547 3 元/kWh標準計算）。在來液量穩定、生產條件允許的情況下，將變頻由自動改為手動運行，每天還可多節電100 kWh。

2.2 摻水泵節能措施

2.2.1 延長停摻時間

轉油站2003年開始冷輸試驗，季節性停爐停泵。每年夏季都停用摻水泵來實現節能目的。按平常管理全年停運摻水泵時間為5月初—9月末，共5個月。但根據近年來氣候變化，自然環境溫度有所升高，且隨著油田的深入發展，含水由開發初期的50%上升到現在的95%以上，管道沿程摩阻下降，原油流動性增強，摻水伴熱作用顯著降低。根據環境及原油物性變化，結合現場跟蹤調查，并總結管理經驗，本站在原有停摻時間上前后各延長1 個月——提前1 個月停泵和推遲1 個月啟泵，也就是停泵時間改為每年4月初—10月末，由原來的5 個月延長至7 個月，多停摻2 個月。本站2013年開始嘗試此管理方法，同樣保證了生產正常運行，同時達到了節能效果。

啟動摻水泵日耗電為2000 kWh 左右，按上述管理方法，年節約電費：2000×60×0.547 3=6.567 6 萬元（按60 d，0.547 3 元/kWh 標準計算）。

2.2.2 應用涂膜技術

摻水泵涂膜處理技術是將泵殼體、葉輪、導翼等泵內主要過流機件，經過高光潔度材料涂層后，減小能量損失，增加流速，從而提高泵效，進而節省電耗。其特點是涂層不易破損脫落，可使泵內流道表面光滑，降低粗糙度，水力條件良好，不易結垢，并且抗流體腐蝕和氣蝕損害。

目前，本站2 臺摻水泵已于2013年1月份增效涂層完畢并投運生產，運行良好。據計算涂膜后日節電130 kWh。截至2013年12月底已累計運行3600 h（4—10月份停摻），年節電1.95×104kWh，年節約電費1.067 2 萬元（按0.547 3 元/kWh 標準計算）。

2.3 熱洗泵節能措施

2.3.1 更換機組

整體更換熱洗泵機組。更換主機型號為DYGA150—80×12，揚程600 m，額定排量25 m3/h；副機型號為YBZ—280M—2，功率90 kW，額定電流160 A。在裝配中直接減去泵一級葉輪——由12級減為11 級（減去中間一級葉輪，并加入相應尺寸工藝套填補）。2013年6月實施完畢，機組運行正常，熱洗效果良好。見表3、表4。

表3 熱洗泵機組更換前后各參數對比

表4 熱洗泵機組更換前后能耗對比

機組更換后按每次洗井節電200 kWh 計算，年節電2.14×104kWh，年節約電費1.171 2 萬元（按0.547 3 元/kWh 標準計算）。

2.3.2 單泵分洗

一般采用一泵一井的熱洗方式洗井，但在實際洗井生產中，由于具體井所需熱洗排量有限（例如螺桿泵洗井排量為8～9 m3/h），熱洗泵排量又較大，為防止洗井壓力過高，造成干線穿孔等事故，通常在轉油站或計量間內泄壓，這樣就會導致剩余的熱洗水量做無效循環。針對此問題，經過現場跟蹤調查，摸索出啟動1 臺熱洗泵同時分洗2 口油井的方法。具體做法是選擇1 口抽油機和1 口螺桿泵或2 口螺桿泵井同時洗井（動液面都在300～400 m以下最好）。洗井時把壓力控制在3～4 MPa 之間，先把洗井液導入所需壓力較高的油井，控制正常后，再把剩余熱洗液導入另一口油井進行洗井。該方法自2013年在本站實施，實現了單泵次洗井情況下運行效率最大化，既保證了洗井效果和正常生產，又有效地利用了能源，達到了節能的目的。

本站平均洗井周期112 d，年計劃洗井150 井次，采用單泵分洗后，年減少洗井43 井次。每次洗井耗電400 kWh；年節約電費：400×43×0.547 3＝0.941 3 萬元（按0.547 3 元/kWh 標準計算）。

3 結論

1）根據油田生產動態變化及時優化機泵運行參數和采取節能措施，是提高機泵泵效和系統效率、降低機泵生產耗電的重要手段。

2）加強轉油站的實際運行管理，進一步改造制約油田生產中的耗能問題，對油田節能降耗具有重要意義。

3）節約、高效生產已納入油田的日常管理中，廣大員工應根據油田系統運行參數的變化不斷改進完善節能方法和措施，為油田實現有質量、有效益、可持續發展做出貢獻。

[1]姬忠禮,鄧志安,趙會軍.泵和壓縮機[M].北京:石油工業出版社,2009.