衛城油礦大型離心泵站節能技術

楊琦

衛城油礦大型離心泵站節能技術

鹿桂華1楊琦1夏魯2楊文剛3

1中國地質大學（北京）水資源與環境學院2中原油田采油三廠3中海油氣電集團技術研究中心

衛城油礦不僅有大型離心注水泵站，而且還有高進高出增注泵站和低進高出單體增注泵，地面注水工藝比較復雜，油區注水系統效率為45.54%。在離心注水系統能量損失中，因泵效低而損失的能量最多，占總能量的60%左右。實施離心注水泵站技術改造措施，當注水泵站的供水量較平穩時，可考慮采用高效匹配的離心注水大泵節能改造技術；當注水泵站的供水量變化幅度較大時，優先采用大小注水泵搭配節能改造技術。根據上述研究結果，對衛城油礦離心泵站進行了節能改造，拆除1臺DF250泵，新上1臺DF400—150×11注水泵及水冷電機，采用降壓啟動，實現年節約電費220萬元。

離心注水泵站；注水；特性曲線；變頻調速

中原油田衛城油礦建有1座大型離心注水泵站，有3臺DF250水泵、31座計量配水站、12座高壓增注站，正常開水井125口左右，實際注水量為8300m3/d，注水水源為處理后的凈化污水。

衛城油礦不僅有大型離心注水泵站，而且還有高進高出增注泵站和低進高出單體增注泵，地面注水工藝比較復雜，油區注水系統效率為45.54%，達到國家二級水平，其中離心注水泵站能耗約占系統總能耗的65%。因此，開發降低注水泵站能耗技術，可以有效地提高地面注水系統的效率并降低能耗。

1 離心泵站節能技術

1.1 離心注水泵的特性

國內油田常用離心注水泵的增壓值為11～21MPa，可以通過增減葉輪級數來改變泵的總揚程，根據DF250—150×11型離心泵性能參數可做出DF250—150×11離心泵的特性曲線。

離心注水泵越偏離額定排量，泵出口壓力越高，出口電動閥節流越嚴重，泵效越低。遠離注水泵的高效區，注水用電單耗越大。注水泵排量由250m3/h下降到140m3/h時，注水用電由單耗7kW·h/m3上升到10kW·h/m3，注水用電單耗增加了三分之一。

從離心泵的特性曲線可以看出，高效段為0.8QN≤Q≤1.2QN。當泵實際排量小于額定排量的80%時，注水泵的運行效率偏離額定效率較遠，泵效下降幅度較大。DF120、DF140、DF200、DF300、DF400等注水泵的h—Q性能曲線變化規律與DF250注水泵相似。目前多采用H.H.Anderson的泵效估算公式，國內注水泵運行效率效率公式為

1.2 離心注水泵運行效率低的原因

在離心注水系統能量損失中，因泵效低而損失的能量最多，占總能量的60%左右。因此，如何提高注水泵效，對泵站節能具有重要意義，泵效低主要原因有以下幾個方面：

（1）泵銘牌效率。注水泵銘牌效率低主要是泵葉水力模型落后，擴散管和擴散管到返導葉過渡段的幾何形狀及制造質量較差，對已建注水泵采用打光葉輪、改造流道等技術措施可提高泵效。理論和實踐均表明：泵的比轉數越大，過流面積大，阻力小，泵效也越高。在保證泵壓的前提下，應盡量選擇較大排量，較高比轉數的注水泵。

（2）泵的運行效率。通常離心注水泵運行效率應大于75%，往復泵應大于80%。衛城油礦離心注水泵效率在55%～70%之間，泵效低的原因是由于大部分油田采用滾動開發，設計注水泵時通常選用流量偏大的大泵，多余的排量采用出口閥門節流的方法，泵運行偏離高效區，造成大馬拉小車的現象。

2 離心泵站節能方案及比選

2.1 采用大排量高效的注水泵

衛城油礦注水站日均供水量約8300m3，改造方案考慮拆除1臺DF250—150×11注水泵及電機，新安裝1臺DF400—150×11注水泵及配套電機。采用降壓啟動，確保電網安全可靠運行。

2臺DF250—150×11注水泵并聯工作，當注水量346m3/h時，泵運行偏離高效區，由特性曲線可得單泵理論泵效為64.8%，電機輸出功率為1371kW，電機輸入功率為

年節約電量：（1439×2-2280）×24×330= 474×104（kW·h），年可節約電費237萬元。

2.2 大小注水泵并聯運行

改造方案考慮拆除1臺DF250泵，利用原泵的基礎位置新安裝1臺DF140—150×12，正常生產時1臺DF250—150×11和1臺DF140—150×12并聯運行，兩臺泵的特性方程分別見式（2）、式（3）。把Q=346m3/h代入式（4），得H=1952-1.23×10-3×345.52=1803（m）。

把H=1803m代入DF250—150×11與DF140—150×12工作特性方程公式，得注水泵的排量為

把H=1803m代入DF250—150×11與 DF140—150×12高效段的效率方程公式，得DF250泵效為72.6%，軸功率為1494kW；DF140泵效為72.1%，軸功率為814kW。

DF250—150×11注水泵電機的輸入功率為1566kW，DF140—150×12注水泵電機的輸入功率為867.4kW。

2臺并聯泵的輸入功率為2433.4kW，改造后年節約電量：（2×1439—2433）×24×360= 298×104（kW·h），折合電費149萬元。

2.3 注水泵采用變頻調速技術

改造方案考慮注水站內2臺DF250—150×11并聯工作，其中1臺泵定速運行，另1臺泵變頻調速，以實現節能降耗。把相似定律應用于以不同轉速運行的同一臺葉片泵，得出不同轉速注水泵的特性參數變化規律為

2臺注水泵的轉速均為2985r/min，分水器壓力設為17.5MPa，1臺定速運行，另1臺調速運行，定速泵運行時排量217m3/h，泵效率為73.6%，軸功率為1441kW，則定速泵的輸入功率為

經計算，定速泵的輸入功率為1512kW。調速泵的運行排量為130m3/h，轉速為2923r/min，泵效69%，調速泵的輸入功率為1092kW，年節約電量231×104kW·h，折合電費105萬元。

2.4 方案比選

衛城油礦離心泵站節能改造3個方案對比見表1。從表1可以看出，離心注水泵站節能技術改造3個方案中，采用高效匹配的離心注水大泵節能改造技術，節能效果較好，投資稍高；采用大小注水泵搭配節能改造技術，投資回收期間較短；采用變頻調速技術，投資最高，節能效果較差。

表1 節能方案優缺點比較

3 結論

實施離心注水泵站技術改造措施，當注水泵站的供水量較平穩時，可考慮采用高效匹配的離心注水大泵節能改造技術；當注水泵站的供水量變化幅度較大時，優先采用大小注水泵搭配節能改造技術。根據上述研究結果，對衛城油礦離心泵站進行了節能改造，拆除1臺DF250泵，新上1臺DF400—150×11注水泵及水冷電機，采用降壓啟動，實現年節約電費220萬元。

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.012