前置变频调速技术在杏七注水站应用分析

2016-03-16王中专大庆油田有限责任公司第四采油厂

石油石化节能 2016年10期

王中专（大庆油田有限责任公司第四采油厂）

前置变频调速技术在杏七注水站应用分析

王中专（大庆油田有限责任公司第四采油厂）

前置变频调速技术是注水泵重要的节能技术之一，对杏七注水站1#注水泵进行了前置变频调速技术改造。通过对杏七注水站1#注水泵前置变频调速技术改造后运行情况的跟踪分析，以及对前置变频调速能力的研究，找出该注水泵的运行规律，并优选出其运行的适应区间，实现系统单耗下降0.09 kWh/m3。

前置变频调速；单耗；节能；优化运行区间；调节能力

1 杏七注水站概况

杏七注水站始建于1985年，主要为普通注水系统杏1区3排、2区3排和西干线注水干线供水。该站年泵出水量为 232.80×104m3,年耗电量为1314.75×104kWh。

杏七注水站建有D300-150×11型注水泵2台，其中2#注水泵采取减级措施，泵叶轮由11级减至10级；1#注水泵减级后又进行前置变频调速技术改造，主泵为9级叶轮，前置变频调速泵为单级离心泵。

2 前置变频调速技术概述

前置泵低压变频系统由1台注水泵、1台增压泵、注水泵驱动电动机、增压泵驱动电动机、变频器及保障运行的各种控制设备和辅助系统组成[1]。

当注水泵运行压力大于管压时，根据泵实际情况拆级后再与单级前置泵串联，保证注水泵运行在高效区，并利用变频技术调节前置泵出口压力降低泵管压差。计算机控制系统对前置泵实行变频调速优化控制，控制小功率增压泵变频运行，保证注水泵在安全、合理的状态下运行。

3 改造后注水泵最佳运行区间

3.1节能区间优选

杏七注水站1#注水泵前置变频改造后，经过多次维修和调试，于2011年5月底投运。跟踪杏七注水站1#注水泵运行参数，按照站外管压同值、其他参数平均的方法，统计汇总（表1）。

表1 1#注水泵运行数据统计

根据表1数据绘制泵出水量随站外管压的变化曲线（图1），以便更直观地发现运行规律。

图1 泵出水量随管压的变化曲线

由图1可知，当站外管压低于15 MPa时，注水泵泵水能力随着站外管压的变化呈单调变化；且当站外管压低于14.6 MPa时，注水泵运行能力达到并超过其额定排量300 m3/h，管压越低，泵出水量越大；当站外管压小于14.2 MPa时，受泵压低和出站阀门控制的影响，泵出水量变化趋势减缓。

图2 泵水单耗随泵出水量的变化曲线

由图2可知，1#注水泵泵水单耗在泵出水量283～324 m3/d范围内，随着泵出水量的增加而明显降低；当泵出水量高于324 m3/h或低于283 m3/h时，泵水单耗随泵出水量变化趋势减缓。

杏七注水站1#注水泵在前置变频改造前，经中石油节能监测中心测试泵水单耗为6.12 kWh/ m3，改造后其泵水单耗有所降低。而该站2#注水泵为同型号的泵，正常工况运行时，平均泵水单耗为5.7 kWh/m3；因此，该站1#注水泵改造后的单耗应小于5.7 kWh/m3。

绘制1#泵泵水单耗随站外管压的变化曲线，如图3所示。

图3 泵水单耗随管压的变化曲线

由图3可知，当站外管压小于14.5 MPa时，1#注水泵能达到节能实效；且站外管压介于14.2～14.5 MPa时，注水泵泵水单耗随站外管压呈明显的单调变化趋势。

3.2区间可行性分析

2014年6月15日至7月10日，各采油矿共恢复水驱普通钻关井40口，恢复水量3410 m3/d。截至7月中旬，普通注水系统基本恢复常态运行。此时，普通注水系统平均出站管网压力为14.88 MPa，井口压力损失小于0.7 MPa（包含油压高于14 MPa的注水井）的共有11口，0.7～1 MPa的有53口，1～2 MPa的有62口。井口压力损失小于0.7 MPa的11口注水井的具体情况如表2所示。

表2 受影响的11口注水井正常注水情况

根据普通注水管网实际运行情况，系统出站平均管压降至14.2 MPa（降低0.7 MPa），这对普通注水系统表2中11口单井注水压力会造成影响。

受影响的11口注水井正常实注水量为540 m3/d。8月10日，杏六联注水站注水泵因电力检修暂停。8月11日，普通注水系统出站平均管压降至14.2 MPa,11口井实注水量为458 m3/d，比正常实注水量减少82 m3/d，影响水量占总水量的0.184%，实际影响井数占注水井总数的0.64%。

根据日配注水量低于50 m3/d的井注水上限为120%、高于50 m3/d的井注水上限为115%的原则，可以通过对受影响的注水井周边同一注水单元内注水压力低的井进行合理增注，补充影响水量。对于井口压力损失超过0.7 MPa的注水井，在系统压力降低后，可以通过开大注水阀门以减小配水阀节流损失的措施，保证正常注水量。因此，14.2～14.5 MPa的运行压力区间是可行的。

4 前置变频调速技术应用效果

1）在系统稳定、其他注水站运行状况不变的情况下，连续跟踪启运前置变频调速技术改造注水泵后系统的运行情况，绘制系统泵水单耗变化曲线（图4）。

图4 启运前置泵前后普通注水系统单耗变化曲线

启运前置泵前，普通注水系统平均泵出水量为45972 m3/d，普通注水系统泵水单耗为5.65 kWh/m3。启运前置变频调速泵后，经过一段时间的稳定，系统泵出水量基本保持不变，系统管压降幅为0.18 MPa，系统泵水单耗下降至5.56 kWh/m3，降低0.09 kWh/m3。按照系统平均泵出水量计算，可实现日节电4 137.48 kWh。

2）前置变频调速就是通过调节前置串联单级泵的运行频率，改变运行参数，从而实现对主泵的控制，达到节能效果。通过现场试验，在实际允许的范围内调节前置泵运行频率，确定前置泵的实际调节能力范围。分别绘制前置泵泵压和出站管压随前置泵运行频率的变化关系，见图5、图6。