注水泵節能方法探索實踐

潘永偉（大慶油田有限責任公司第九采油廠）

某礦注水站綜合耗電占全礦總耗電的23%，其中注水泵又是其工藝環節中的高耗能節點，因如何保證注水效率的同時降低注水泵能耗是目前面臨的主要問題。

1 注水站現狀及存在的主要問題

目前某礦注水系統運行單耗平均在6.0 kWh/m3以上，運行泵效在80%以下，且單耗呈升高趨勢，泵效呈下降趨勢，急需進行優化調整，注水泵單耗變化曲線見圖1，注水泵泵效變化曲線見圖2。

圖1 注水泵單耗變化曲線

圖2 注水泵泵效變化曲線

1.1 能耗升高的原因分析

1.1.1 泵管壓差

泵管壓差過高說明注水泵能力大于管網注入能力[1]。離心泵沒有更好地發揮其功能，注水泵所提供的壓能大于注水管網所需的能量，就會有一部分能量白白消耗在出口閥門上，出口閥門的截流損失大，注水單耗相對就大，耗費電能。泵管壓差高對節能來說影響了系統效率，造成浪費。

根據注水泵泵管壓差可以看出泵管壓差處于一個比較高的水平，泵管壓差高的原因主要是管網的污油和垢堵塞現象嚴重，導致管網的管徑變窄，致使管路管網磨阻加大，造成管網的壓力嚴重變化。泵特性曲線與管路特性曲線[2]不匹配，泵出口壓力偏高。屬于供過于求的狀態。需要制定措施進行治理。

1.1.2 機泵磨損

A 站機泵運行參數情況見表1。機泵的泵效低的原因主要是：機泵運行時出口閥門調節不當，電流較低，導致效率較低。

表1 機泵運行參數情況

2 治理方案

針對單耗高的治理方案是優化設備，降低泵管壓差，研究機泵減級[3]和涂膜技術[4]。針對機泵的泵效低的治理方案需要進行參數摸索實驗。A 礦通過節點能耗分析，量化注水泵的能耗分布，充分挖掘節能潛力，確定了“三優一低”的節能優化原則，即“管網壓差最優、運行參數最優、注水效率最優、運行能耗最低” ，同時積極開展減級、涂膜、單泵運行調整和雙泵運行調整節能工作[5]。

3 治理措施及應用

3.1 注水泵減級措施

根據管網壓力以及泵管壓差可以判斷是否實際水量供過于求還是壓力供過于求，可適當地通過減級來解決。根據葉輪減級降低泵揚程[6]，縮小泵管壓差的理論依據，對A 站1#泵進行減級，節能效果顯著，確定了減級的可行性，注水泵執行減級措施見表2，注水泵減級前后指標對比見表3。

3.2 注水泵涂膜措施

注水泵涂膜技術適用范圍[7]：運行年限較長；注水泵效偏低，腐蝕磨損嚴重；注水單耗偏高的注水泵，對某礦8 臺注水泵進行了調查，某礦注水泵相關參數統計見表4。發現A 站其中一臺注水泵泵效僅為71.4%，單耗為6.05 kWh/m3符合上述涂膜條件，對2#注水泵涂膜后，經測算，注水泵單耗為5.90 kWh/m3，泵效提高到73.8%，節能效果明顯。涂膜前后見圖3～圖4，涂膜后節能效果明顯。

圖3 涂膜前

圖4 涂膜后

涂膜技術核心：增加葉輪表面光滑度；提高機泵內液體流速；降低泵內的摩擦系數氟樹脂不易破損脫落[8]；降低能量損失，減少功率損耗，增強抗腐蝕性，降低輸液單耗。

對于注水泵涂膜建議如下：調整“最優參數”調整機泵運行參數，保證其達到運行工況；為了確保效果可持續性，可保證2 年周期并及時更新涂層；定期“拆泵檢查”確保機泵涂膜效果。

表2 注水泵執行減級措施

表3 注水泵減級前后指標對比

表4 某礦注水泵相關參數統計

3.3 注水機泵的個性化調整方案

2016年對某礦現有的三座注水站進行調研，其中采用單泵運行的為B 站、C 站、采用雙泵并行的為A 站，根據注水泵運行模式，制定了針對單泵和雙泵運行兩種個性化參數調整方案，某礦單泵和雙泵運行參數見表5。

表5 某礦單泵和雙泵運行參數統計

單泵運行的調整方案：優選最佳參數，確定工況區域，拓展應用范圍。

雙泵并行的調整方案：優選最佳組合，確定調整方向，保證運行平穩。

3.3.1 單泵運行參數調整

通過逐漸提高出口水量，確定最佳排量，使注水泵電流控制在合理區運行，以降低泵管壓差和注水單耗。進行流量調整，將注水泵排量由323 m3/h逐漸提高到355 m3/h，泵管壓差降低了0.74 MPa，單耗降低了0.05 kWh/m3。某礦B 站2#單泵運行參數調整情況見表6。

對C 站開展注水泵參數選取試驗。試驗期間對在運注水泵，以5 A 電流為梯度逐級進行逐次調節，讓排量逐步上升，觀察記錄注水泵的運行情況。確定最佳工況區域是流量340～355 m3/h運行。

3.3.2 雙泵并行參數調整

A 站的設計能力是1.32×104m3/d，根據上游污水來水水量的要求，需要對某礦A 站注水泵優選組合方案見表7。

根據出口水量選取一大泵一小泵組合的運行方式，兩臺不同型號的注水泵并列運行時，由于雙泵的出口排量如果控制不當會出現互相憋壓的現象[9]，造成兩臺泵單耗較高，最高時單耗超標0.16 kWh/m3，帶來能源的浪費。

根據雙泵運行情況，制定兩種調整方案，優先進行方案一“先大后小”調整，A 站方案一調整情況見表8。

按照方案一進行調整后，大泵的運行指標能夠滿足要求，但是小泵的運行狀況不佳，泵管壓差達到2.0 MPa以上。

根據上述問題再進行方案二“先小后大”調整順序，A站方案二調整情況見表9。

通過進行方案二的調整，控制好出口排量，確定最佳外輸量，使兩臺注水泵電流控制在合理區運行，調整在最優高效區內運行[10]，降低了泵管壓差和注水單耗。保證了兩臺注水泵的泵管壓差同時在0.5 MPa左右，保證做到不憋壞大泵，不損壞小泵。

表7 某礦A站注水泵優選組合方案

表8 A站方案一調整情況

表9 A站方案二調整情況

4 效果評價

1）注水泵減級改造降壓后，泵管壓差下降了0.9 MPa，平均注水單耗由5.98 kWh/m3下降到5.77 kWh/m3，下降了0.21 kWh/m3。

2） 注水泵涂膜后的效果注水泵單耗由6.05 kWh/m3下降到5.90 kWh/m3，注水泵效由71.4%上升到73.8%。

3）A 礦針對現行注水泵的運行狀況，采用“一泵一參數，雙泵同調整”的節能優化思路，同時確定執行適用于A 礦單泵調整的最佳調整范圍及雙泵并行調整的最佳調整方式，在上游污水來水量不變前提下平均每月可節省耗電10×104kWh，全年累計節電120×104kWh。

5 結論

1）節能技術評價及建議。注水泵減級技術能夠有效緩解供求矛盾；有效緩解泵管壓差；措施成本低見效快；生產單位自行調整。注水泵涂膜技術能夠有效提高機泵運行效率；有效延長機泵使用壽命；效果與涂膜厚度和光潔度以及泵內元件間隙有關，同時需要調整運行參數調整泵礦來配合提高涂膜泵運行效果。

2）節能方法優選建議。注水泵減級技術措施成本、維護成本較低，適用于泵管壓差在1.3～1.5 MPa注水泵。注水泵涂膜技術成本較高，適用于技術要求較高，由于年久老化造成泵效下降的注水泵。

3）參數調整評價及建議。單泵參數調整建議運用現場試驗法結合泵特性曲線，通過優化參數來滿足生產需求。雙泵參數調整建議優先調整實際排量較低，泵效單耗未滿足指標的機泵。