前置增壓泵變頻控制系統在注水泵的節能效果分析

崔明（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

隨著大慶油田進入中高含水開發期，注水量逐年增加，系統輸出壓力逐年升高，注水耗電量也大幅度上升。目前，注水用電量約占整個油田總用電量的40%。在實際生產中，由于注水系統的不穩定性，使得泵站壓力經常發生變化，當壓力超過或低于規定值時，只能靠人為的啟停泵或打回流來調節壓力，不是欠注就是超注， 很難達到要求。因此，長期以來，泵站經常處在超壓或欠壓狀況下運行，不但不能夠經濟運行，而且增加了工人的工作量，調節不及時還會造成管網壓力過高或過低，流量過大或過小，影響生產及設備的安全運行。

第七采油廠P-Ⅰ聯合站注水崗是1988年正式投產的，擔負著第一油礦的注水的生產任務，設計日注水液量6500m3。為了實現節能降耗，廠于2011年6月對1號注水泵進行了變頻改造，實現前置變頻系統控制，使泵的耗電量從每天4.5×104kW h降到2.2×104kW h，節約了大量的能源，達到節能降耗的目的，但運行一段時間后，由于各方面原因達不到預期效果，于2013年6月拆除恢復原來運行狀態。

1 變頻裝置系統改造前后的效果分析

1.1 未使用前置變頻系統前注水泵存在的問題

在油田生產上，由于各種因素的影響注水量的波動，引起注水系統運行工況的變化，因不能及時調整相應生產參數，以致于注水泵運行過程中的流量出現相對過大或過小的現象，耗費了大量的電能，對機泵也造成很大的損害。

1.1.1 注水泵運行過程中的流量調解

未安裝前置變頻裝置系統時，當注水液量突然增加，就需要手動開大注水泵出口閥門調解注水量，調解不及時就會造成管壓降低，注水泵開到最大流量，超負荷運轉，損害了設備，影響油田正常注水。

1.1.2 注水泵運行過程中的壓力調解

注水泵泵壓和管壓是隨著注水量的變化而變化的，注水泵運行中最高壓力15.9 M Pa，最低壓力13.9 M Pa，注水量少壓力就高，反之則壓力就降低，有時為了提高注水壓力就要控制注水泵的流量，這樣注水流量又得不到保證，所以生產實際中很多時候是注水泵流量開到最大，由注水間根據注水井的需要自行調節。長期如此運行增加注水泵的磨損，降低注水泵的使用壽命。

1.1.3 注水泵耗電量大，增加了原油生產的成本

由于注水泵長期處于超負荷運轉，注水耗電量自然很大，設備生產參數得不到合理的調節，浪費了大量的電能，增加了原油生產的成本，見表1。

表1 改造前系統能耗情況

由表1可以得出，改造前每月耗電量平均為1 320728.17kW ，平均注水單耗5.85 kW h/m3，耗電量比較大。

1.2 使用前置變頻系統后的效果分析

在保證油田配注要求的前提下，結合生產實際，對P-Ⅰ聯合站注水站1#注水泵進行優化減級并應用加裝前置泵變頻技術，使其能耗降到最低，達到節能降耗的目的。經過一段時間的運行，發現前置變頻系統裝置存在很多問題，雖然達到了節能降耗的目的，但影響了正常生產。

1.3 前置變頻系統控制的增壓泵流量滿足不了注水泵的需要

減級的1#注水泵的型號為：D 300-150×10A 、流量為300m3/h、功率2240kW 、揚程1580m，經過減級后只是揚程發生了變化，流量不變，所選用的增壓泵型號為PCP-T-B C、流量為300m3/h、功率200kW 、揚程150m，兩臺泵的流量相同，在實際生產運行中，機泵不可能超負荷運行，由于前置增壓泵采用變頻控制系統，當頻率為最高50H z時輸出的流量還能滿足注水泵的工作需要，當頻率低于45 H z以下時，輸出的流量就無法滿足注水泵的工作需要了。

1.4 前置增壓泵變頻控制系統有效功率損耗過大

前值增壓泵在運行過程中，當流量達到300m3/h時，泵壓和效率還能達到正常值，當流量低于這個值的時候，流量減少、泵壓下降，根據前值增壓泵在運行過程中的各項參數和特性曲線可以看出，前置增壓泵變頻控制系統所產生的有效功率損耗過大，機泵達不到最佳工況點。

1.5 前置變頻系統保護裝置保護過于頻繁

在生產中為了更好的保護設備，防止突發事故造成設備損壞，每臺運行機泵都裝有自動保護裝置，前置變頻系統也同樣裝有保護裝置，由于用于高壓注水系統生產的時間短以及選用的變頻系統和注水泵不匹配，保護裝置參數設置不合理，運行中出現些波動，保護裝置就會自動停泵，并且頻率過于頻繁，增加了操作人員的啟泵次數和勞動強度。

1.6 改造初期節能效果較好，后期節能效果較差

改造后系統耗能情況見表2。

從表2可以得出，前置增壓變頻控制系統剛運行時，是有一定的節能降耗作用的，每日平均耗電量為36 000 kW h，平均注水單耗為5.38kW h/m3，相比改造前系統耗能情況，注水單耗減少了0.47 kW h/m3，節電率為8%。

表2 改造后系統耗能情況

前置增壓泵變頻系統運行到后期，由于增壓泵超負荷運行，機泵出現了各種問題如泵軸斷裂、機械密封漏失嚴重等，都嚴重影響了注水泵的運行，達不到節能要求，注水耗電量也就恢復到原先的45 000 kW h/d左右，注水單耗為6.0 kW h/m3左右，達不到節能降耗的目的。

2 實現高壓注水泵變頻控制的方法

目前，大慶油田注水系統都是采用前置增壓泵變頻控制系統裝置，注水泵進行優化減一級，與前置增壓泵變頻控制系統配合，使注水泵的進口壓力達到0.8M Pa左右，達到平衡注水泵壓力的目的，在選用前置泵時，要根據生產實際情況使之與注水泵各項參數相匹配，同時在選擇前置增壓泵流量上要比注水泵的流量大100m3/h，這樣當變頻器處于45 H z以下生產調解時，增壓泵同樣能達到注水泵流量的需求，實現變頻調速，減少了設備的損壞，延長了設備的使用壽命，大慶油田第四采油廠四礦杏21注水站已經采取了這種措施，并且運行后節能效果比較好。

3 結論

綜合上述的各項數據和設備的優越性看出，注水泵安裝前置增壓泵變頻控制系統節能空間還是很大的。當注水泵的各項參數與前置增壓泵變頻控制系統相匹配后，至少節約電量15 000kW h/d，年節約電費684.375萬元，延長了泵的使用壽命，機泵的維修費用每年也可節約20萬元以上，實現了一次性投入長期收益，達到了節能降耗的目的，同時也減輕了員工的勞動強度。