油田注水系統(tǒng)電力消耗現(xiàn)狀分析及對(duì)策研究

李瑞玉 何運(yùn)祿 張雨 高保鵬

（中國(guó)石化河南油田分公司采油二廠，河南 唐河 473400）

油田開(kāi)采、生產(chǎn)是耗能大戶,其中，電力消耗約占總能耗的1/4。按用電設(shè)備的功能劃分主要分為注汽系統(tǒng)、機(jī)采系統(tǒng)、注水系統(tǒng)、集輸系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)以及非生產(chǎn)系統(tǒng)。用電設(shè)備多樣化，各種用電設(shè)備能耗差別大。

本文通過(guò)對(duì)中石化河南油田采油二廠注水系統(tǒng)電力消耗現(xiàn)狀分析,在大量測(cè)試分析的基礎(chǔ)上，找出了存在的問(wèn)題及節(jié)能降耗潛力點(diǎn),提出了節(jié)能降耗對(duì)策建議。

2018年，對(duì)采油二廠注水系統(tǒng)進(jìn)行了用電設(shè)備統(tǒng)計(jì)，對(duì)注水系統(tǒng)進(jìn)行了較全面的測(cè)試分析，測(cè)試分析3100多井次，完成了采油二廠注水系統(tǒng)的用電現(xiàn)狀分析，對(duì)系統(tǒng)的節(jié)能潛力進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析，提出了節(jié)能降耗對(duì)策建議。

一、 注水系統(tǒng)流程及主要用電設(shè)備

目前，注水系統(tǒng)主要有王集注水站、古城1#、2#集油站注水、井樓樓八區(qū)注水以及環(huán)保回注注水等。注水系統(tǒng)用電設(shè)備主要包括喂水泵和注水泵。注水系統(tǒng)主要用電設(shè)備是注水泵（一般為柱塞泵）、喂水泵（單級(jí)離心泵）、轉(zhuǎn)水泵（多級(jí)離心泵）、提升泵（單級(jí)離心泵）。

注水系統(tǒng)測(cè)試分析。為了調(diào)查清楚注水系統(tǒng)的節(jié)能現(xiàn)狀，對(duì)采油二廠注水系統(tǒng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行了機(jī)組效率測(cè)試。為了測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，所有測(cè)試錄取兩組數(shù)據(jù)，結(jié)果取平均值。從取得的數(shù)據(jù)，可以看出，注水泵排量平均利用率79.5%，平均效率78.3%。

（一）柱塞泵效率測(cè)試分析

柱塞泵具有額定壓力高、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高和流量調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高壓、大流量和流量需要調(diào)節(jié)的場(chǎng)合。柱塞泵一般效率80~95%之間，與水量、壓力關(guān)系不大，主要與泵制造工藝、老化程度有關(guān)。王西2#注水泵效率70%，2#站1#增注泵效率56.1%，這臺(tái)泵效率偏低一些。

柱塞泵也可用變頻器節(jié)約電能。柱塞泵在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，通常運(yùn)行的情況下都是以壓力或流量來(lái)調(diào)節(jié)工作狀態(tài)。當(dāng)實(shí)際壓力大于需要壓力時(shí)，都是通過(guò)溢流閥來(lái)調(diào)節(jié)，使其工作壓力保持穩(wěn)定讓溢流閥施放超出部分。而電機(jī)一直處于全速運(yùn)行反復(fù)動(dòng)作，功耗不變。

當(dāng)采用溢流來(lái)調(diào)節(jié)壓力和流量時(shí)，有部分的余量溢流回原系統(tǒng)，從而造成柱塞泵存在無(wú)用功率，工作效率低，若配套變頻器后，溢流閥可定它封閉，通過(guò)節(jié)能變頻器本身自動(dòng)調(diào)整工作壓力，保持工作壓力的穩(wěn)定，自動(dòng)追蹤設(shè)備的壓力。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，從而節(jié)省能耗。這種調(diào)節(jié)方式最大優(yōu)點(diǎn)就是能降低柱塞泵的運(yùn)行能耗，節(jié)電效果可達(dá)30%以上。

主要特點(diǎn)及功能

1、節(jié)電效果可達(dá)30-70%，主要與工藝流程有關(guān)；

2、電機(jī)軟啟動(dòng)，減少對(duì)機(jī)械的沖擊；

3、具有欠壓、過(guò)壓、過(guò)載、短路、缺相等自動(dòng)保護(hù)；

4、減少機(jī)械的維修成本；

5、操作簡(jiǎn)單、可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

有4臺(tái)泵八區(qū)1#注水泵、環(huán)保回注3#泵、1#增注泵、3#注水泵節(jié)電率比較高。參考第三章注汽系統(tǒng)對(duì)柱塞泵的測(cè)試，這四臺(tái)泵的平均節(jié)電率約30%以上，年節(jié)電(118.2+118.4+21+198.6)/0.7×0.3×7200 =140.7×104kWh。

（二）喂水泵效率測(cè)試分析

注水系統(tǒng)喂水泵機(jī)組效率測(cè)試結(jié)果，可以看出，喂水泵平均流量利用率48.4%，平均效率42.8%，效率較低。

從曲線圖可以看出，喂水泵效率曲線與排量曲線趨勢(shì)非常相似，只有王集1#集油站污水回用1#提升泵排量超過(guò)其額定排量，王柴1#喂水泵效率偏低，其它泵效率曲線與排量利用率曲線相似度很高。這充分說(shuō)明喂水泵排量利用率是影響機(jī)組效率的主要因素。從喂水泵特線曲線上也可以得到相似結(jié)論。

從離心泵的特性曲線上看，效率——流量曲線近似拋線，當(dāng)泵工作在額定工作點(diǎn)附近，即流量接近定額流量時(shí)，泵效率最高。從測(cè)試結(jié)果上看，平均流量利用率48.4%，平均效率42.8%，效率較低。這主要原因是泵型流量偏大。通過(guò)合理選型，使泵工作在較高的工作點(diǎn)，能夠提高泵效率，可以提高到60~80%，機(jī)組效率可提高到50~70%。

二、注水系統(tǒng)節(jié)能建議及節(jié)電潛力分析

降低離心泵能耗，提高泵組效率應(yīng)采取的措施：

1．更換低效離心泵。更換時(shí)，結(jié)合管路特性曲線和泵的特性曲線，選用與實(shí)際運(yùn)行工況參數(shù)相接近的離心泵，保證更換后的泵始終在接近額定工況下運(yùn)行。

當(dāng)實(shí)際流量小于額定流量較多時(shí)，更換額定流量較小的泵。為了保證泵工作在額定工況，實(shí)際選配時(shí)可按倍增原則來(lái)配置：即按最低流量倍數(shù)配置。如最低流量為20m3/h，最高流量為100，則可配兩臺(tái)20、兩臺(tái)40的泵。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，根據(jù)所需流量，開(kāi)啟相應(yīng)泵，使泵實(shí)際流量接近額定流量運(yùn)行。

2．變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)大于實(shí)際運(yùn)行工況的離心泵，加裝變頻調(diào)速裝置后，使泵運(yùn)行在高效區(qū)。

3．離心泵的選擇。選用新泵時(shí)，應(yīng)選品牌廠家生產(chǎn)的泵，以保證離心泵高效率。

4．加強(qiáng)離心泵的維護(hù)。（1）要經(jīng)常對(duì)離心泵軸端密封進(jìn)行檢查和調(diào)整，降低容積損失；（2）當(dāng)離心泵累計(jì)運(yùn)行1萬(wàn)h后，應(yīng)進(jìn)行大修，恢復(fù)泵效；（3）在離心泵上推廣應(yīng)用波紋管密封技術(shù)，徹底消除離心泵外漏，提高容積效率。

5．定期清理過(guò)濾缸，檢查管線連接，保證離心泵進(jìn)液管路暢通。

6．嚴(yán)格按照離心泵操作規(guī)程，啟泵前一要進(jìn)行盤(pán)泵，打開(kāi)進(jìn)口閥門(mén)，關(guān)閉出口閥門(mén)，進(jìn)行排氣放空，檢查泵的進(jìn)口壓力是否符合要求。防止供液壓力低和流量不足而引起泵的氣蝕現(xiàn)象發(fā)生。

7．定期對(duì)離心泵進(jìn)行泵效檢測(cè)，對(duì)泵效低的泵組，要及時(shí)查找原因，采取相應(yīng)措施加以解決。

假設(shè)僅運(yùn)行中，僅對(duì)測(cè)試過(guò)的效率低于50%的泵進(jìn)行重新選型，更換，更換后按50%的運(yùn)行效率計(jì)算。對(duì)效率高于50%的泵暫不進(jìn)行更換。更換后節(jié)能效果預(yù)測(cè)如表1-1。

表1-1 注水系統(tǒng)節(jié)電潛力預(yù)測(cè)表

由表1-1可以看出，由于喂水泵長(zhǎng)期工作制，年運(yùn)行小時(shí)可按8000小時(shí)計(jì)算，注水系統(tǒng)年可節(jié)電68.6×104kWh。

三、結(jié)論與認(rèn)識(shí)

通過(guò)對(duì)采油二廠注水系統(tǒng)的測(cè)試、分析，并提出了節(jié)能潛力和節(jié)能對(duì)策建議。根據(jù)以上分析，可以得到如下結(jié)論：排量系數(shù)是影響離心泵效率的主要因素，注水系統(tǒng)的主要節(jié)能對(duì)策是離心泵的優(yōu)化選型，使其工作在額定點(diǎn)附近，提高機(jī)組效率。