油田注水泵机组能耗因素分析

2014-03-21冉1杨立欣2宁1张冀星王建斌

中国设备工程 2014年4期

关键词：注水泵胜利油田投产

张冉1，杨立欣2，赵宁1，张冀星，王建斌

（1.中石化胜利油田技术检测中心，山东东营 257000；

2.中石化胜利油田滨南采油厂，山东滨州 256600；

3.中石化胜利石油工程有限公司西南分公司，山东东营 257000）

油田注水泵机组能耗因素分析

张冉1，杨立欣2，赵宁1，张冀星3，王建斌3

（1.中石化胜利油田技术检测中心，山东东营 257000；

2.中石化胜利油田滨南采油厂，山东滨州 256600；

3.中石化胜利石油工程有限公司西南分公司，山东东营 257000）

通过对比分析影响注水系统效率的因素，提出了相应的节能降耗措施，为油田注水机组的经济高效运行提供了理论依据和技术支持。

注水泵机组；能耗；分析

油田注水用电量约占油田用电总量的40%，其高压注水电机的平均功率高达2 000kW。现阶段，注水系统的节能已经成为降低生产成本、缓解油田供电紧张的重要问题。因此，有必要对高压注水电机和离心泵的能耗进行分析，研究影响电机和注水泵效率的主要因素，并提出切实有效的节能降耗措施。

一、电机效率影响因素

本次共检测了92台胜利油田在用电机，其中具备电机效率测试条件的有31台。所检电机投产时间为1977～2010年，电机效率91．57%～96．36%，平均效率为93．95%。

1．投产年限对电机效率的影响

(1)2000年以后投产的电机共14台，效率在92．32%～96．36%之间，平均效率为94．61%。

(2)1990～1999年投产的电机共9台，效率在92．38%～94．50%之间，平均效率为93．60%。

(3)1989年以前投产的电机共4台，效率在91．57%～93．02%之间，平均效率为92．30%。

由此可见，随着电机使用年限的增加，电机效率有不同程度的下降，但电机效率均能够保证在91%以上。

2．负载率对电机效率的影响

(1)负载率在60%以下的电机共2台，效率为92．32%和93．89%，平均效率为93．11%。

(2)负载率在60%～69%的电机共5台，效率在92．10%～94．70%之间，平均效率为93．47%。

(3)负载率在70%～80%的电机共10台，效率在92．38%～95．93%之间，平均效率为94．05%。

(4)负载率在81%～90%的电机共8台，效率在93．15%～95．65%之间，平均效率为94．12%。

(5)负载率在91%以上电机共5台，效率在94．00%～96．36%之间，平均效率为94．77%。

由此可见，负载率多在60%以上，负载对电机效率影响较小，随着负载率的上升，负载率对电机效率的影响也有相应的增加。

3．同一年代投产电机效率比较

在所检测的电机中，2008年投产的有11台，效率在92．32%～96．36%，平均效率为94．63%，最高效率与最低效率相差4．04%。同一年代投产的电机，由于安装质量和日常保养程度的不同，导致电机效率也有差异。因此应当注意以下几点。

(1)电机安装前，应当加强对基础施工质量的监督。

(2)电机安装后对安装质量、运行性能应进行检测。

(3)电机运行过程中应当加强设备状态监测，如振动、噪声、温度、润滑油品质的定期监测。

(4)电机运行过程中如发现异常情况应当及时停机进行检修。

4．不同额定功率电机效率

表1为不同功率的YK系列电机效率对比，从表中可以看出，对于YK系列电机，在电机设计理论中不同功率电机的涡流损耗和热损耗差别不大，因此额定功率越大的电机效率理论上应该越高。通过本次检测分析也验证该理论，在今后的泵站改造及新建泵站过程中从节能角度考虑应当尽量选用大功率电机。如新建一个总装机容量4 000kW的泵站，选用2台2 000kW（或1台2 000kW 2台1 000kW）的电机就优于选用4台1 000kW的电机。

表1 不同功率电机效率对比

二、注水泵效率影响因素

对于注水泵的检测，本次同样选择了胜利油田在用的92台注水泵，其中具备泵效测试条件的31台。泵效为58．64%～80．30%，平均泵效为71．86%。

1．注水泵级数对效率的影响

(1)级数为9级的注水泵共检测14台，泵效为58．64%～80．30%，平均效率为72．26%。

(2)级数为10级的注水泵共检测14台，泵效为62．45%～80．16%，平均效率为71．14%。

可见不同级数的注水泵泵效差别不大。

2．注水泵额定排量对效率的影响

表2为不同排量注水泵效测试结果，从中可以看出，额定排量越大，泵效越高，因此在设备选型时，为节能降耗，应优先选用额定排量较大的注水泵。

表2 不同排量注水泵泵效

3．注水泵改造升级

由于注水工艺要求或管网需要，有的注水泵会进行叶轮切割、拆级或整体改造，本次检测的92台注水泵中有9台进行过改造，对其中5台进行了泵效测试，如表3所示。

表3 改造后泵效分析

(1)注水泵进行改造后，泵的工作特性曲线发生了变化，泵的工作点有可能处在高效区，也有可能偏离高效区，从而导致泵效的升高或降低。

(2)根据测试数据来看，对泵进行叶轮切割或拆级改造后，泵效有所下降，对泵进行整体改造（包括叶轮、泵壳、轴），泵效有所上升。

(3)在注水工况进行调整需要对泵进行改造时，应当从改造成本、使用成本等多方面综合进行考虑。

三、高压电机故障诊断

使用ATPOL ESA软件对电机进行故障诊断，共分析了86台电机的电流信号，其中存在机械方面不对中或不平衡、谐波失真、转子存在断条、匝间短路等故障的电机共47台，占检测数量的54．7%。在检测的92台电机中，电机底座振动量超标的共9台，占所检数量的9．8%；噪声超标的共4台，占所检数量的4．3%；轴瓦温度均符合要求未超标。在有故障的47台电机中，同时存在振动超标的有4台，存在噪声超标的有2台。在测试电机效率的31台电机中，无故障的有14台，平均效率为94．40%，有故障的有17台，平均效率为93．58%，低于无故障电机效率。

四、注水泵故障诊断

在检测的92台注水泵中，注水泵底座振动量超标的共1台，占所检数量的1．1%；噪声超标的共26台，占所检数量的28．3%；轴瓦温度均符合要求未超标。在测试泵效的31台注水泵中，无故障的有27台，平均效率为72．16%，有故障的有4台，平均效率为69．84%，低于无故障注水泵效率。

五、能耗综合分析

1．使用年限对电机能耗的影响

油田在用的高压电机运行时间较长，达到规定报废年限14年的有52台，占检测数量的56．5%，这部分电机的主要性能指标都有不同程度的下降，势必会造成能耗增加。形成这种问题的主要原因如下。

(1)老型电机本身设计损耗大。

(2)电机绕组老化，阻值加大，电机自身损耗增加，进而造成电机效率下降。

(3)长时间运行导致转子、绕组、轴瓦振动加剧，造成机械损耗加大。

2．电机与注水泵的匹配情况对能耗的影响

少数泵站电机与注水泵不匹配，电机负载率偏低，引起电机实际运行效率下降，造成使用成本增加。形成这种情况的主要原因如下。

(1)因需要注水量发生变化，更换了小排量的泵而电机没有更换。

(2)由于注水工况的调整而进行的泵的拆级或切割叶轮改造。

(3)由于注水管网腐蚀老化，容易形成穿孔，压力达不到设计值。

3．负载及额定排量对能耗的影响

测试效率的31台电机，平均效率为93．95%，负载率在70%以上的时候电机效率较高。测试泵效的31台注水泵，平均泵效为71．86%，额定排量大的注水泵效率较高。

4．故障对能耗的影响

有55台电机存在机械方面不对中或不平衡、谐波失真、转子断条、匝间短路、振动量超标、噪声超标等故障，有故障电机平均效率93．58%，低于无故障电机的平均效率94．40%。建议对故障电机进行检修，排除故障，确保电机高效运行。有27台注水泵存在振动量超标、噪声超标的故障，有故障注水泵的平均效率为69．84%，低于无故障注水泵的平均效率72．16%。

5．改造对能耗的影响

有9台注水泵进行了叶轮切割或拆级等改造，这部分注水泵效率差别较大，最低的62．45%，最高的78．48%。对泵进行简单的叶轮切割或拆级改造后，泵效会下降，对泵进行整体改造（包括叶轮、泵壳、轴），只保留原有的润滑、冷却等系统时，泵效有可能会上升。建议在注水工况进行调整需要对泵进行改造时，应当从改造成本、使用成本等多方面综合进行考虑。