注水泵變頻調速裝置使用方法探討

周忠軍 朱繼峰 周硯凱

（大港油田公司第四采油廠 天津 300280）

一、應用變頻設備應確定的三個原則

1、確定系統壓力的工作點

變頻裝置在注水系統中運用，首先要確定一個工作點，即注水系統中的壓力穩定點。這個壓力點如何設定？設定過高浪費能量，設定過低完不成注水任務，應在注水系統設計壓力下，根據各配注單井的實際情況，以能完成單井中壓力最高井的配注壓力為工作點，其他各井通過流量調節完成配注。這個工作點要圍繞著能完成壓力最高井的配注這個中心上下調節，以保證注水系統在最佳工作狀態下運行。

例如：在變頻裝置投入前，板四注水站注水系統壓力為25Mpa左右，變頻裝置投入時壓力也設定在25Mpa，由于變頻的精確恒壓作用，發現每口井都需要調節流量，我們觀察板824-2井的壓力最高，隨即把系統壓力設定在24.1Mpa，也可完成該井配注，且進口閘門也不需節流。這樣，設備運行電流降低了5A可減少3kW的功率損耗。

其要點：這個工作點要隨著配注的變化而變化；注水壓力越低耗能越低；壓力分布不合理時可采取局部增壓的辦法降低總能耗。

2、確定注水泵的排量

采油四廠注水系統中使用的柱塞泵為容積式泵，其改變排量的方式為：更換不同直徑的柱塞、改變沖程、改變沖次。泵生產定型后沖程不可改變，只有更換不同直徑的柱塞和改變沖次兩種方式，現場最常用的是改變柱塞直徑的辦法。

即更換不同直徑的柱塞可得到不同的排量和泵所能打的最高壓力，柱塞直徑越大，泵輸出的排量越大，而所能輸出的壓力越小，因此，柱塞泵的排量只能形成單一的排量。

5ZB12/42柱塞泵的參數

1）柱塞泵的特點：

一臺泵的柱塞直徑確定了，泵的排量既確定了，而配注量與泵的排量是有差別的，泵的排量小于配注量完不成注水任務，大于配注量將打回流，從而造成電能的浪費。變頻設備的投入使用可彌補其中的不足。通過三相交流電輸入頻率的改變，改變電機的轉速，改變柱塞泵的沖次，從而改變柱塞泵的排量，這樣，可以形成一定范圍的連續排量。只要配注量在變頻調節流量的范圍內，就可消除打回流的現象。

2）計算變頻調節流量的范圍：

單臺泵注水變頻調節流量范圍的計算方法（近似計算值）：

頻率設定上限值＝理論排量×泵的效率

頻率設定下限值＝理論排量×泵的效率×（頻率調節下限頻率÷50）

多臺注水泵應用變頻調節范圍 ：

頻率上限值＝注水泵總排量×泵的效率 ；

頻率下降值＝定量泵的排量＋變頻泵的排量×泵的效率×（頻率的調節下限頻率÷50）

例如：5ZB12/42Z柱塞泵選51毫米注塞時使用變頻的流量調節范圍：

上限645m3/天，下限 335m3/天。

運行38mm和35mm泵的流量調節范圍：

上限590m3/天，下限 420m3/天。

3）根據配注進行合理的機泵組合

板四注水站在變頻設備投入使用前，日配注是540 m3/天，運轉的是兩臺五柱塞泵，柱塞直徑分別是35毫米、38毫米，合計排量是610 m3/天，泵效95%，實際排量590 m3/天。每天打回流40 m3，注水單耗9kWh/m3。投入變頻后，變頻控制3#泵(38毫米柱塞的泵)，變頻下限26Hz，流量調節范圍是590 m3/天至420 m3/天，消除了打回流現象，注水單耗下降至8.4kWh/m3，壓力24.1MPa，整個系統運行平穩。當配注降至430 m3/天，運轉2#、3#泵，頻率降至29Hz，運行中我們發現，雖然也不打回流，注水單耗仍然很高，達9kWh/m3以上，選用45mm柱塞排出壓力也能達到要求，流量調節范圍為490-255 m3，我們及時把3#泵更換為45mm柱塞，這樣就只啟運一臺3#泵，壓力設定為24.1Mpa，運行頻率43-44hz，注水單耗降至 6.4kWh/m3。

3、確定機泵運行的頻率

運行機泵的排量確定后需計算出機泵運行的基本頻率，機泵運行的實際頻率要及時與確定的基本頻率進行對比及時做好五驗證工作。

在今年一季度配注降至110m3/天，板四注水站運行的泵已經是35mm柱塞（該型號注水泵所配備的最小柱塞），其流量調節范圍是280-150 m3/d，每天打回流40m3，只運行幾天2#泵回流閘門就損壞，注水單耗達13kWh/m3，通過以下方法改進有效降低了單耗。首先是對柱塞進行了減級，即去掉了兩個柱塞的吸入閥片，使泵的兩個柱塞失效，這樣泵的流量調節范圍168-90 m3/d，但運行時由于曲軸力矩不平衡很容易造成電路故障停機，試驗不成功；通過測算將原來直徑33cm的皮帶輪更換為直徑19cm的皮帶輪，加工費用只需900元左右，在實施過程中又克服了皮帶輪與電機軸的配合間隙的問題，通過運行試驗消除了打回流的現象，系統壓力平穩，運行頻率30hz左右，變頻流量調節范圍160-83 m3/d，注水單耗降至8.8kWh/m3左右，通過三個多月的運行，減少電費支出1萬余元，試驗獲得了較滿意的效果。

二、監測頻率的變化延伸變頻設備的功能

頻率的變化是很直觀的，而頻率的變化所反映的信息是泵的排量發生了變化，這樣，我們每次巡回檢查，設備的運行頻率是必須檢查的內容。頻率發生較大變化必須驗證以下內容：單井的注水量、壓力是否變化（調整注水量或流量計顯示不準）；注水干線發生穿孔或回流有漏失的現象（及時補漏）；注水泵的閥座閥片損壞，造成泵效降低或進口壓力過低，引起泵效降低（及時進行設備維修倒泵或提高進口壓力）；這樣可在最快的時間內發現問題及時解決，為提高注水質量，降低注水單耗提供有力的綜合保障。

三、使用變頻設備還需注意的問題

1、保持回流閘門的嚴密、不打回流（包括停運泵的回流）；2、確保泵的高效運轉（泵的排量效率）；3、確保計量的準確性；4、確保注水干線的嚴密性；5、確保各單井嚴格執行配注。

這些信息都會反映在頻率的變化上（頻率的變化要驗證以上4條）

四、用好變頻可獲得的效益

1、消除柱塞泵的打回流現象降低注水單耗；2、有效的減少回流閘門的損壞（延長回流閘門的使用周期)3、有效的降低注水泵磨損，延長設備的大修期。