油田摻水系統電力消耗優化運行研究

劉江

（中國石化河南油田分公司采油二廠 河南 唐河 473400）

引言

河南稠油油田有14個集油站和1個聯合站，摻水泵共41臺，所用水泵主要是兩級離心泵，額定排量最大100m3/h，最小排量25m3/h。離心泵適合于大排量、低揚程的場合，一般機組效率50%左右。經測試表明，河南稠油油田摻水系統泵機組效率平均為36.79%，整體運行效率較低，平均單耗1.7 kW·h/m3，電能浪費嚴重。

1 電能損耗節點分析

摻水系統是用摻水泵將從原油分離出來的污水通過專用摻水管線再返送回油井單井，摻入到油井產出液中，以降低產出液流動阻力。電能損失主要是泵機組能量損失和管網損失。

2 電能損耗影響因素分析[1]

為了找出影響電能損耗、效率等方面的主要影響因素，根據測試結果及特性曲線進行分析。

2.1 摻水單耗與機組效率的關系

根據摻水泵效率測試結果，作出摻水單耗與機組損失率的關系曲線。從機組損失率與單耗曲線上看，二者趨勢相近，說明機組效率是影響電能消耗的主導因素。

2.2 機組效率的影響因素

從前面的分析可知，機組效率是影響摻水單耗和管網效率的主要因素。從公式（泵機組效率=電機效率×傳動效率×泵效率）中可以看出泵機組效率是由泵效率、傳動效率和電機效率構成的。

2.3 泵效率

泵的特性曲線都是與流量密切相關的。隨流量增加，泵消耗功率也增加。因此，降低電能消耗最直接的辦法就是降低摻水量。隨著摻水量上升，泵效率上升；當摻水量達到額定值后，隨著摻水量上升，泵效率反而下降。

2.4 傳動效率

由于泵和電機的傳動為硬連接，傳動效率接近100%，對整個機組效率影響不大。

2.5 電機效率

由于電機功率是與泵功率是相匹配的，當泵功率確定后，電機功率也就確定下來了。

3 管網損耗影響因素分析

在集油站內，從泵出口到站出口這段距離內，管線距離較短，損耗主要是在閥門上。當從泵出口到井口時，損耗主要是在管線上，閥門損失退居次要地位。閥門開度不同，閥門上壓力損失不同，閥門開度大，閥門上壓力損失小；閥門開度小，閥門上壓力損失大。

3.1 機組效率與管網的相互制約關系

為了滿足不同流量的需要，泵配備的額定流量和額定工作壓力總是高于實際需要流量，與泵配套的電機功率也往往大于實際功率。所以，泵實際工作時一般總是需要降低流量以滿足實際水量需要。當水量降低后，由于偏離了額定工作點，機組效率有所降低。

3.2 節能方法分析

根據泵特性曲線和管網特性曲線特點，比較容易得出結論變頻調節比閥門調節更節能，而閥門調節比打回流調節節能。

4 摻水系統節能對策

4.1 降低摻水量，提高摻水利用率

當流量降低時，雖然泵效率降低了，但功率消耗也是降低的。因此，努力降低流量，減少不必要的摻水，是節能效果最明顯的方法。

4.2 優化機組運行方式

根據機組效率測試結果，改變原先的輪流運行方式，修改為按單耗及效率優先的原則，優先運行高效率機組，其它機組作為備用機組。

優化運行后，機組平均效率提高到39.9%,平均摻水單耗由1.7kW·h/m3降低到1.54 kW·h/m3。2015年，共摻水5118866m3，由此可計算出節約電量(1.7-1.54)×5118866=81.9×104kW·h，折合電費81.9×0.874=71.6萬元。

4.3 優化機組配置

根據各站摻水現狀及機組效率測試結果，對機組效率低于40%的站，從機組效率高于40%的其它站中，選取泵特性曲線與管網特性曲線相匹配的備用設備改造移位，提高該站摻水效率。優化機組配置只需要投入少量移位安裝費。

根據測試結果，8#、9#、10#集油站摻水效率低，3#集油站摻水效率高且備用泵夠用。將3#集油站的5#摻水泵（摻水單耗為1.22kW·h/m3）移位到10#集油站（摻水單耗為2.12kW·h/m3）做主泵運行。移位后經實際測試，發現摻水單耗比原來上升了。這是由于10#站摻水量較小的原因。2015年10#站共摻水255233m3，因此移到10#站后年節約電量(2.12-1.6)×255233=13.27×104kW·h，年節約電費13.27×0.874=11.6萬元

4.4 更新淘汰高能耗設備

對于能耗偏高，效率偏低且無可替代的設備，進行設備更新，更換為新型高效節能設備，并根據管網匹配要求，配備相應的變頻技術，降低管網損耗。根據測試結果，8#、9#、10#集油站效率偏低，摻水單耗偏高，經濟效益差。經分析，這三個站平均每小時摻水25m3左右，而安裝選型額定排量都是50 m3的泵，因此能耗偏高的原因應該是設備選型不當。為解決該問題，三個站各更新一臺摻水泵，額定排量選為25 m3，并配備變頻節能技術。改造后摻水單耗由平均2.24下降到1.73。2015年三個站共摻水767255m3，進行設備更新改造后年節約電量(2.24-1.73)×767255=391300kW·h，折合電費391300×0.874=34.2萬元。投入當年即可收回投資。

5 結語

（1）提高摻水利用率，有效降低摻水量，是最根本最有效的節能方法。

（2）改變優化機組運行方式，可以在不增加投入的情況下提高摻水效率，降低電量消耗。

（3）優化調整機組配備，在較少投入的情況下提高摻水效率，降低電能消耗。

（4）更新淘汰高能耗設備機組，雖然投入相對較高，但能較大幅度提高摻水效率，且能長期發揮作用，節能效果也比較明顯。