污水站污水泵节能途径的研究

2014-11-05李延华毕新忠顾永强中国石化胜利油田分公司孤东采油厂中国石化胜利油田分公司桩西采油厂

节能与环保 2014年7期

李延华毕新忠顾永强中国石化胜利油田分公司孤东采油厂中国石化胜利油田分公司桩西采油厂

1 前言

油田污水系统采用的离心泵型主要是单级双吸系列泵，当污水处理系统出现收油、排泥等工作时，污水的外输液量就会发生较大的波动，有时是一台小排量运行，有时是多台的泵并联大排量运行，以此来满足生产的需要。外输水量的变化势必引起管路性能曲线的变化。随着油田注聚、注汽等三次采油技术的应用，污水中的含油量和悬浮物、泥砂的含量在不断升高，污水站的收油、排泥的频率随之上升，外输污水的流量波动也更加频繁。

2 污水管路特性曲线

污水处理站，外输污水采用单级双吸型离心泵，输送距离0.5～5km不等。一般情况下，污水外输泵的扬程，等于注水站缓冲罐液位高度，高差和沿程磨阻之和，可表示为：

式中：H－泵的扬程力，m；

H0－注水站缓冲罐液位高度，m；

H1－污水泵到注水站的高差引起的压力差，m；

S－管路特性系数，与管路系统的沿程阻力与局部阻力以及几何形状有关，s2/m5。

通常情况下，H1=0，（1）式简化为：

将流量Q与压头G的关系绘制在坐标图上，就得到管路特性曲线（图1）。由于泵的型号、使用年限、机械磨损程度的不同，其特性发生的变化，都能引起管路特性的变化。它是一条在H轴上截距等于H0的抛物线。只要已知某一泵出口压力、流量和污水压力，便可反求出管路特性系数S。需要注意的是，管路特性系数随管路上阀门开启度等因素变化。

3 污水泵的并联运行

通常情况下，污水站污水泵是并联运行的。两台特性相近的并联引起的管路特性变化如图2所示。

图2表示两台泵（两台型号、转数宜相同）并联运行时。由图看出，两台泵并联运行时，管路特性平坦，则比较有利，因为这时可使总流量Q1+2接近单泵单独工作时的流量之和，泵效也都达到了65%以上。

进行工况分析：G为管路曲线，它与泵联合总性能曲线的交点B，就是并联运行的工作点，其流量为Q1+2，它代表联合运行的最终效果；过B点做水平虚线与各泵性能曲线交于C和D，它们代表参加联合运行时每台泵所“贡献”的工况，各自所提供的流量是Q1与Q2A。

可得出结论：两泵并联运行时均未发挥出单泵的能力，并联总流量小于两单泵单独运行的流量和。说明两泵并联都受到了“需共同压头”的制约。

单级双吸系列污水泵是高比转数泵，也就是排量较大，而泵压较低，特性曲线较平缓，排量变化时泵压变化较小。当两台泵的扬程相差很大，不能直接并联工作。

综上所述，通过泵并联以增加管网流量或通过开、停并联泵台数跳跃式地调节管网流量的作法，对管路曲线较平坦的系统最有利，一般情况下应少用并联运行，但目前油田污水系统中，多台污水泵并联已广为采用，此时，宜采用相同型号及转数的污水泵。

4 污水泵变频调速运行

在不同型号及转数的污水泵并联运转时，尤其是扬程重叠的范围较窄时，可以考虑使用变频调速装置。油田污水系统工作协调关系如图3所示。

以污水站分水器为系统节点，可以把污水系统分为污水泵和污水管网两个子系统。图3描述了两个子系统工作的压力与流量关系，图中曲线I是污水泵在额定转速η1下的特性曲线，曲线Ⅱ是污水泵在转速η2下的特性曲线。曲线Ⅲ是管网特性曲线，而曲线Ⅳ是改变管网中阀门开启程度后的管网特性曲线。曲线Ⅴ是转速为η1时泵的效率曲线，曲线Ⅵ是转速为η2时泵的效率曲线。

曲线Ⅰ与Ⅲ的交点A为污水泵子系统与污水管网子系统的工作协调点，污水系统在A点的压力和流量下工作。如果油田污水需要的流量减小，传统的方法是调节污水管网上的节流阀门，改变污水管网特性曲线，使工作协调点偏移，如图中B点是当阀门开度减小时，受其节流作用，泵后管网流动阻力增加，污水泵运行点沿恒转速曲线Ⅰ的A点上升到B点，从而使泵出口压力升高，流量减少。同时，污水泵的工作效率沿曲线Ⅴ从最高点下降到M点。此时耗电量减少不多，而效率下降较大。

例如，对于10SH-6A型泵，当通过阀门控制流量从340m3/h减少到270m3/h时，则出口压力将由100%增加到101.69%，泵效率η由67.8%降为57.9%，由泵功率公式(2)可得，能耗变化为：

这说明通过阀门调节，排量降低到原来的80%，将节能9.9%。

通过变频技术控制流量时，由于阀门全开，只改变水泵转速而不改变泵后管网阻力，因此当污水泵转速降低时，其H-Q曲线下移，运行点将由A点沿管网特性曲线Ⅲ降到C点，从而使污水泵流量减少，出口压力降低，同时效率曲线随转速的改变由Ⅴ移到Ⅵ，污水泵始终工作在最大效率附近，其比阀门调节方式节省能耗如图中阴影部分所示。通过变频控制流量同样从340m3/h减少到270m3/h，出口压力降低到64%，泵效率维持在67.61%，能耗减少量却变为：