前置增压泵变频控制系统在注水泵运行中的故障分析

2014-08-07张成大庆油田有限责任公司第七采油厂

石油石化节能 2014年11期

张成（大庆油田有限责任公司第七采油厂）

注水泵是满足油田注水、保证地层压力的源设备，为了保证较长时期内满足油田注水需要，在设计上注水泵的容量选型一般都较大。在实际生产中，特别是在高压注水系统中，注水泵泵压与管压之间存在较大的压差，必须靠控制出口阀门来保证注水管网的注水压力，这样既造成大量的电能被白白地消耗掉，同时又由于泵压较高对机泵的运行也十分不利。如何解决这个问题一直以来是研究的主要对象，2008年6月对1#注水泵进行了前置变频装置系统改造，达到了节能降耗的目的。运行一段时间后，由于各方面原因达不到预期效果，于2011年6月拆除恢复原来运行状态。

1 注水泵存在的问题

在油田生产上，由于各种因素的影响注水量波动，引起注水系统运行工况的变化，因不能及时调整相应生产参数，以致于注水泵运行过程中的流量出现过大或相对过小的现象，耗费了大量的电能，对机泵也造成很大的损害。

1.1 流量调解

未安装前置变频装置系统时，当注水液量突然增加，就需要手动开大注水泵出口阀门调解注水量，调解不及时就会造成管压降低，有时注水泵开到最大流量，超负荷运转，损害了设备，影响油田正常注水。

1.2 压力调解

注水泵泵压和管压是随着注水量的变化而变化的，注水泵运行中最高压力15.9 MPa，最低压力13.9 MPa，注水量少压力就高，反之则压力降低。有时为了提高注水压力就要控制注水泵的流量，这样做的同时，注水流量又得不到保证，所以生产实际中很多时候是注水泵流量开到最大，由注水间根据注水井的需要自行调节。长期如此运行增加了注水泵的磨损，降低了注水泵的使用寿命。

1.3 注水泵耗电量大，增加了原油生产的成本

由于注水泵长期处于超负荷运转，注水耗电量自然很大，由于设备生产参数得不到合理的调节，白白消耗了大量的电能，增加了原油生产的成本，同时对高压机泵的运行也十分不利，见表1。

表1 改造前注水系统综合数据

2 改造后存在的问题

在保证油田配注要求的前提下，结合生产实际，对葡一联合站注水站1#注水泵进行优化减级并应用加装前置泵变频技术，使其能耗降到最低，达到节能降耗的目的。经过一段时间的运行，发现前置变频系统装置存在很多问题，虽然达到了节能降耗的目的，但影响了正常生产。

2.1 增压泵流量满足不了注水泵的需要

减级的1#注水泵的型号为D300-150×10A，流量300 m3/h，功率2240 kW，扬程1580 m。经过减级后只是扬程发生了变化，流量不变，所选用的增压泵型号为PCP-T-BC，流量300 m3/h，功率200 kW，扬程150 m。两台泵的流量相同，在实际生产运行中，机泵不可能超负荷运行，短时间内可以，长时间就会损坏设备。由于前置增压泵采用变频控制系统，当频率为最高50 Hz 时输出的流量还能满足注水泵的工作需要，当频率低于45 Hz 以下时，输出的流量就无法满足注水泵的工作需要。

2.2 有效功率损耗过大

前置增压泵在运行过程中，当流量达到300 m3/h时，泵压和效率还能达到正常值，当流量低于这个值的时候，流量减少，泵压下降。根据前置增压泵在运行过程中的各项参数和特性曲线可以看出，前置增压泵变频控制系统所产生的有效功率损耗过大，机泵达不到最佳工况点。

2.3 保护装置保护过于频繁

在生产中为了更好地保护设备，防止突发事故造成设备损坏，每台运行机泵都装有自动保护装置，前置变频系统也同样装有保护装置。由于用于高压注水系统生产的时间短以及选用的变频系统和注水泵不匹配，保护装置参数设置不合理，运行中出现波动，保护装置就会自动停泵，并且频率过于频繁，增加了操作人员的启泵次数和劳动强度。

2.4 节能效果差，注水单耗过高

从表2可以看出前置增压变频控制系统刚运行时，是有一定的节能降耗作用的。

表2 改造后注水系统综合数据

前置增压泵变频系统运行到后期，由于增压泵超负荷运行，机泵出现了各种问题。如泵轴断裂、机械密封漏失严重等，都严重影响了注水泵的运行，达不到节能要求。注水耗电量也恢复到原先的水平45 000 kWh/d 左右，注水单耗为5.8 kWh/m3左右，达不到节能降耗的目的。

3 变频控制系统的改进措施

目前，大庆油田注水系统多数是采用前置增压泵变频控制系统装置，注水泵进行优化减一级后与前置增压泵变频控制系统配合，使注水泵的进口压力达到0.8 MPa 左右，达到平衡注水泵压力的目的。我们在选用前置泵时，要根据生产实际情况使之与注水泵各项参数相匹配，同时在选择前置增压泵流量上要比注水泵的流量大100 m3/h，这样当变频器处于45 Hz 以下生产调解时，增压泵同样能达到注水泵流量的需求，实现真正意义上的变频调速，减少设备的损坏，延长设备的使用寿命。大庆油田采油四厂注水站已经采取了这种措施，并且运行后节能效果比较好。