油田供水系統中的變頻節能技術芻議

薛洪江 丁玉見 張建成

（1.華北油田公司供水供電服務中心，河北 滄州 062552；2.華北油田公司水電廠，河北 滄州 062552；3.華北油田公司器材供應處企管科，河北 滄州 062552）

0 引言

20世紀80年代我國引進變頻調速技術，并且以其高效、精準的調速特點迅速躋身為國內最被看好的調速技術，我國諸多的生產型企業所接納，運用到實際的生產過程中。經過多年的發展，只要有三相異步電動機的地方，必然有變頻調速器的應有，特別是在工業設備和家用電器領域更是取得了優異的成績，大大促進了我國在相關領域的發展。如今變頻調速技術在我國的油田供水系統中也相繼得到了推廣與應用，顯著降低了我國在油田開采方面的消耗。基于此，筆者將以變頻調速系統的節能原理和實際應用為基礎，嘗試對我國油田供水系統中的變頻節能技術展開初步的探索。

1 變頻調速系統的節能原理

在輸水泵工頻運轉維持在一定速度的情況下，通過改變泵出口閥門來控制泵的運轉，降低電機的負荷。假設水泵本是在點A運行的，在出口閥門全開的情況下，其出水量達到QA，揚程為HA。如今為了減少注水量，想要將流量降至QB，如果沒有使用調速裝置，那只能是通過關閉閥門的方式來對出水量進行調解，這種方法在出口閥門上就需作出QAx(HA-HB)的功，能耗較大，且出現故障的可能性較高，會縮短相關設備和設施的使用壽命。

而變頻調速系統，則是將AB視作泵的性能曲線，結合曲線QA計算在既定流量下所產生的相應的壓力，在A點的水泵達到最高效率時，關閉閥門，而多出來的能耗則作為熱量損失被流動的物質帶走，從而實現對出水量的有效控制。而變頻調速器，在這個過程中所承擔的任務就是在任何的流量條件下，都能匹配出與之相應的泵的特性曲線，并且隨著流量的減小，電機的運轉速度也要相應的減慢，同時由于改變水流而產生的壓差也需與電機的運轉速度的平方呈正相關。進而根據實際的注水和出水變化來及時準確的調節水泵的揚程，有效降低能耗，實現節能減排的作用。

2 油田供水系統與變頻調速器的應用

在油田注水的過程中，注水站是滿足油田注水系統的源頭，且輸水泵需要持續的變動外輸泵的運轉形式，來應對供水過程中輸水量和壓力的改變。在沒有使用變頻調速技術時，人們多數是通過對開泵臺數和人工調節閥門的方式來控制水的流量，注水系統的負擔較重，同時工作效率偏低。而在現實的生產工作中，一個承擔著15座注水站的供水以及調節相關地區的供水平衡的供水站，假設其平均日供水在

9000-10000m3之間，且擁有4臺型號為LzA200-630D外輸供水泵，平均每臺的裝機容量達132kW，日常工作中只運轉其中的2臺，其余兩臺備用。由于在實際的生產過程中，外圍注水站的注水量直接與供水系統的日供水量向掛鉤，假設油田供水系統的水壓為1.1MPa，受外圍注水量減小的影響，供水系統的供水壓強增加，這時為了對水量進行高效的控制，人們采用變頻調速器，通過實際的情況，來對正在運動的水泵進行變頻調速，使之與實際的注水和輸水相匹配。有研究報告曾表示在使用變頻節能技術進行控制之前，我國油田供水系統的工作效率不足30%，而在使用變頻節能技術后，效率提升了5個百分點，同時在供水過程的耗能遠低于之前供需水的消耗。

3 變頻調速器在供水系統應用的優勢分析

3．1 減少管網穿孔和補漏次數

恒壓變量給水是油田供水系統中變頻節能技術所常用的一種措施，即為了使水泵出水口的壓力維持在一個恒定的水平，將壓力傳感器設置在水泵機組的出水口，并將該壓力值設為最不利于水泵出水所需的值。一旦管網出口的壓力超出傳感器上所設定的壓力值，那么壓力傳感器就會將實際檢測到的壓力值傳給PID調節器，由PID調節器對高于或者低于設定值的數據進行處理，將處理結果交給變頻器，再由變頻器對來改變電動機的運轉速度，通過這樣一個過程來達到恒壓的目的。管網壓力越趨于穩定，其在工作過程中所出現的壓力失恒現象也就越少，同時由于管網壓力過高而造成管網穿孔和補漏的次數也將明顯降低，有研究者曾對此作出相關的統計和分析，發現使用變頻調速技術而產生管網穿孔的概率僅為不適用變頻調速技術的一半，換句話說即使用變頻調速技術，管網穿孔的可能性將降低50%。管網穿孔的次數降低了相應的由此而產生的補漏的次數也必然會隨著降低，減輕了維修人員工作負擔，節約了維修成本，同時延長了管網等設備的使用壽命，有效的控制了油田供水系統的運轉成本，提高了其工作效率。

3.2 減少設備切換次數

通常在設計油田供水系統中的泵站時，一般都會對油田的用水量和實際所需水量做自己的考察、統計和分析，在充分考慮各種因素的基礎上，來確定在泵站中所安裝的水泵的型號、大小規模等，有針對性的選曲合適的水泵設備。比如，某中心泵站有六臺臥式離心泵，其中有三臺機是250S65A型號的，還有三臺是350S75B型號的，通常白天運行一臺350S75B型號的離心泵，晚上運行的則是一臺250S65A型號的離心泵，在沒有使用變頻節能技術前由于頻繁的切換水泵，使得電機水泵在啟動時受到較大的沖擊，知識水泵和電動機在運轉中經常出現故障需要維修，加大了維系人員的勞動負擔，同時縮減了設備的使用年限，加快了資產折舊的速度，增加了供水系統運轉的成本。而隨著變頻調速器的投入，大大的減少了油田供水系統中水泵等設備的切換次數，減少了設備應頻繁切換而造成的損失，延長了設備的使用時間，從側面減少了油田供水所花費的成本。

3．3 減少電機和管網的損耗

變頻調速器除了具備過壓、過流、過載、過熱等保護功能，其自身還自帶軟啟動功能。在未使用變頻節能技術時，油田供水系統中的電動機一般都是以直接啟動的方式加入系統的運轉之中，然而這樣的方式卻會產生強大的電流沖擊以及轉矩沖擊，這些都會對電動機本身的運轉以及由其負載的水泵帶來十分不利的影響，會增大電動機和管網的損耗。而變頻調節技術具備的相對比較全面的保護功能，在其軟啟動功能的保護下，其電動機啟動時所產生的啟動電流僅為試運行電流的1-3倍，其在啟動過程中所受到的沖擊遠小于直接啟動所受到的沖擊，電動機和管網因沖擊而產生的折損明顯縮小，機泵、管網等設備的使用壽命得以延長。

此外，在實際的生產過程中，變頻節能技術能夠有效降低油田供水系統的用電量。將兩臺同類型的設備放在一起，一臺使用工頻設備，另一臺使用變頻設備，在同等的工作時間下，在經過研究對比后發現，使用變頻設備平均每年可節約工業用電費用至少20多萬元，在燒煤發電的形式下，平均每年減少燒煤量近40噸，這還只是一臺機器的每年所減少的能耗。如果是一個頗具規模的油田生產基地，變頻節能技術的運用，每年為其所省去的相關生產成本將是不可估量的。

4 結語

總之，變頻節能技術所設計的內容較廣，對促進我國的油田供水和相關的生產工作有著非凡的意義，其在油田供水系統的具體應用和優勢絕不止上述文中所提到的內容，筆者僅是對該技術做了初步的探索。但筆者有一點可以確定的就是，隨著該項技術在我國油田供水系統應用的逐漸成熟，必將使油田工作的環境得到極大的改善，并且為我國的節能減排事業的不斷推進做出貢獻。

［1］劉艷,陳峰杰,靖云琴.變頻調速技術在油田供水系統中的應用[J].內蒙古科技與經濟,2011(06).

［2］房世杰,王超,聶繼虹,王麗敏,吳維權.變頻節能技術在油田供水中的應用[J].中國石油和化工標準與質量,2014(01).