KD521接轉站摻水泵的節能技術改造

朱益飛 戴劍飛 張士杰 楊梅 朱海

（1.勝利油田分公司孤東采油廠；2.勝利油田分公司技術檢測中心）

KD521接轉站摻水泵的節能技術改造

朱益飛1戴劍飛2張士杰1楊梅1朱海1

（1.勝利油田分公司孤東采油廠；2.勝利油田分公司技術檢測中心）

目前勝利油田孤東采油廠摻水泵由于油井產出液中含鹽、含硫、礦化度高，以及廢水中含有細菌等，導致泵站摻水泵腐蝕嚴重，摻水泵排量下降，漏失量增大，泵效降低。油田摻水泵的機組效率普遍不高，平均僅為20%左右。經分析排量變小、節流損失、泵效降低和水質合格率低是造成摻水泵機組效率低的主要原因。通過改善摻水泵防腐蝕能力，實施變頻節能技術改造，選用優質高效泵，改善污水水質的酸堿度，優化生產運行參數和強化摻水表管理等技術措施，摻水泵機組綜合節電率達到10.8%，節能技術改造效果良好。

摻水泵 腐蝕 節能改造 效果

勝利油田稠油儲量非常豐富，隨著油田稠油開采工藝技術的不斷完善，稠油開發規模逐年擴大，稠油產量目前已占油田總產量的25%左右。由于稠油的黏度大，流動性能差，造成抽油機負荷大，地面管線回壓高，產液量低，能耗高，開采和集輸難度大[1]。為解決這一問題，油田普遍采用摻水開采的辦法，即利用油井產出液中的水，經油水分離后，再用摻水泵將含油污水打回采油井的油管內，根據油井供液情況和稠油黏度的不同，摻水工藝分為油井井筒內摻水和地面管線摻水兩種，以降低稠油井產出液的黏度，從而達到降低能耗和開采成本，提高油田采收率和油井產量的目的[2]。目前勝利油田孤東采油廠有各種型號的摻水泵31臺，從現場使用情況來看，一方面由于油井產出液中含鹽、含硫、礦化度高，以及廢水中含有細菌等物質，導致泵站摻水泵腐蝕嚴重，摻水泵排量下降，漏失量增大，泵效降低，能耗浪費嚴重；另一方面，由于存在摻水泵腐蝕問題，摻水泵維修頻繁，平均運行時間達不到3000 h就需要大修，僅為普通離心泵正常大修時間的四分之一，造成摻水泵泵效降低。另外，由于摻水流量調節的需要，存在流量節能損失。據統計，油田摻水泵的機組效率普遍不高，平均僅為20%左右，最低的機組效率不到10%。為此，提出了KD521油氣接轉站摻水泵節能技術改造方案，通過摻水泵能源利用效率分析，提出了有針對性的治理措施，收到了良好的節能技術改造效果。

1 摻水泵使用現狀

KD521站摻水泵于2003年6月投產，共有3臺摻水泵（離心泵），每臺離心泵額定排量160 m3/h，額定功率130 kW。2007年因摻水泵葉輪和中段腐蝕損壞嚴重實施大修維護，采用ZG45改用1Gr18Ni的合金鋼材料，使摻水泵腐蝕狀況得到一定改善。2008年隨著采油廠摻水量的不斷增加，摻水泵因泵體腐蝕損壞現象加劇，其連續運行3～4個月，就需要大修1次，造成摻水泵排量快速下降，漏失量增大，泵效降低，經采油廠節能監測部門多次現場能耗監測，摻水泵機組效率最低時僅為8.7%，能耗浪費嚴重，嚴重影響采油廠稠油井的正常生產。

2 摻水泵低能效原因分析

經分析，造成摻水泵機組能效下降的主要原因有以下幾個方面。

2.1 排量變小

造成摻水泵機組能效下降的首要原因是摻水的泵葉輪整體腐蝕，造成摻水泵的排量變小，揚程降低，同時出現泵體振動，噪音增大，嚴重的無法正常運行。通過對摻水泵解體觀察發現，泵葉輪整體腐蝕嚴重，有的葉輪只剩下本體，其中首級葉輪腐蝕最為嚴重，二級和三級葉輪表面被腐蝕透，成規則孔洞，葉輪之間的定位套腐蝕成坑狀。經分析，葉輪直徑的減少降低了泵的揚程，葉輪腐蝕使泵的轉子失衡，導致泵產生振動，噪聲增大。

2.2 節流損失

KD521站管理著2個采油隊300多口稠油井摻水生產工藝，對摻水量的流量調節、生產參數的調整主要通過閥門控制來完成，存在著一定的節流損失。泵站系統運行調節能力差，運行調節管理仍采用人工方式，資料錄取、參數調控、保護監護、技術分析操作方法簡單，科學化程度低，造成資料準確度差，系統運行不穩定，能耗高，故障率高，因此無法對系統運行參數進行優化，嚴重制約著摻水泵站的管理水平和系統效率的提高。

2.3 泵效降低

由于摻水泵腐蝕，維修頻繁，而每維修一次，摻水泵自身效率就下降一次。摻水泵磨損大，漏失量大，泵效低，其運行效率不可能達到指標要求，摻水泵機組維修頻率高，泵效低，能耗高，嚴重影響摻水泵機組效率的提高。

2.4 水質合格率低

油田污水是油井產出物，未經處理的油田污水對金屬設備具有較強的腐蝕性，尤其是含有大量雜質的油田污水對金屬設備腐蝕嚴重[3]，主要有pH值的影響，溶解鹽、溶解氧的影響以及二氧化碳的影響等。不同的污水水質其產生的腐蝕效果也不同，通過對不同水質取樣化驗和腐蝕掛片試驗，得到不同的腐蝕效果，結果見表1。

表1 不同水質腐蝕試驗情況統計表

從表1可以看出，KD521站的水質pH值小于7，明顯呈酸性。摻水泵在弱酸性的污水中受到全面腐蝕，葉輪導葉輪在高速液體的沖刷下，腐蝕速度加快，且腐蝕速率隨著污水介質溫度的升高而增加。KD521站的水質溫度比孤東油田四號聯合站的污水溫度高11℃，因此，酸性腐蝕是KD521站摻水泵腐蝕的主要原因。KD521站的水質礦化度接近2×104mg/L，大于孤東四號聯合站的污水水質礦化度7045 mg/L。由于污水的礦化度高，污水中的含鹽量高，導電性增大，其腐蝕性也隨之增大，污水中氯根含量達到11925 mg/L，而氯根是造成泵體葉輪點蝕的主要原因，和KD521摻水站一樣，孤東油田其他摻水站也存在點蝕問題，不同廠家不同型號的摻水泵存在同樣的點蝕現象。

2.5 運行參數不合理

KD521站摻水的來源是油氣接轉站油水沉降罐油水分離后的污水，由于污水罐的儲量為100 m3，而每天摻水泵的排水量在1200 m3左右，使分離的污水無沉降時間。污水中含的油、地層砂及油泥等雜質造成泵的磨損，同時，這些雜質附著在管壁，使供水管徑變小，泵供液能力變差，從而造成泵氣蝕現象。葉輪表面形成的孔洞就是氣蝕現象產生的。

2.6 摻水表計量不準確

目前采油廠仍有相當一部分摻水計量儀表采用機械式水表和電子水表，摻水計量儀表老化，計量誤差大；同時由于流量計量儀表缺乏現場標定手段，無法進行周期檢定。

3 摻水泵節能技術改造

3.1 改善摻水泵防腐蝕能力

通過提高摻水泵材料的耐腐蝕性，延長摻水泵的使用壽命，但同時要考慮到經濟上的可行性。一般情況下，鎳基耐蝕合金在酸、堿、鹽等各種環境中都具有良好的耐蝕性能，但其價格昂貴，應用受到一定的限制。經過多次現場試驗，低合金鋼耐腐蝕性要好于堿素鋼，奧氏體不銹鋼耐腐蝕性要好于低合金鋼。擇優選用403奧氏體不銹鋼作為摻水泵的葉輪和導葉的使用，摻水泵口環采用銅或非金屬材料。

在防止氯離子點蝕方面，采用Gr-Ni雙相不銹鋼，該材料兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點，與鐵素體相比，具有塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，且具有超塑性特點，它與奧氏體不銹鋼相比，強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高，雙相不銹鋼具有優良的耐孔蝕性能，也是一種節鎳不銹鋼，但雙相不銹鋼價格偏高。

3.2 實施變頻節能技術

選用185 kW的MCROMASTE-R430型西門子變頻器，采用“一拖二”控制方式，實施一臺變頻器控制兩臺摻水泵的流量調節，其中一臺處于工頻運行狀態，另一臺處于變頻調速運行狀態，從而達到流程無節流流量調節的目的，減少能量損失。

3.3 選用優質離心泵

選用優質高效泵，特別是耐腐蝕效果好的離心泵作為摻水泵。普通ZG45金屬材料在酸性介質的條件下，其耐腐蝕性差，尤其在高速液體的沖刷下，腐蝕速度更快［4］。一般情況下，摻水泵金屬材料中Gr和Ni的含量越高，其耐腐蝕性越強，但現場試驗應用結果表明，無論是普通ZG45金屬材料，還是Gr18Ni普通合金鋼，在孤東四號聯合站和KD521站的摻水泵中使用，同樣存在點蝕問題，這說明Gr18Ni普通合金鋼不適合于解決摻水泵腐蝕問題。因此，選擇腐蝕能力強，泵效高的離心泵替代普通離心水泵十分必要。

3.4 改善污水的酸堿度

通過在污水中添加堿性藥劑，將水質酸堿度控制在7.0～7.2之間，使水質酸堿度達到中性或弱堿性，降低摻水泵的腐蝕程度。

3.5 優化生產運行參數，提高整體效能

通過優化泵生產運行參數，提高泵的入口壓力，防止氣蝕現象的發生，提高整體效能。措施是提高污水罐的容量和高度；更換摻水泵的進口管線。2009年實施了整體技術改造，用700 m3儲水罐替代原來的100 m3儲水罐，增加油水分離沉降時間，同時增設罐底排砂裝置，使污水的雜質和含油量明顯降低。通過更新摻水泵進口管線后，泵的供液狀況得到明顯改善，入口壓力保持在0.05～0.08 MPa之間，消除了氣蝕現象。

3.6 提高摻水表計量準確度

選用水表要適合小口徑、低壓、小排量的要求，并配備足夠的備用摻水水表，以便水表維修、標定時周轉使用。對稠油摻水工藝流程油井的計量水表要合適選型，摻水工藝流程要符合計量測量要求，摻水表符合計量器具管理規定進行定期檢定。由于油井井況（壓力、摻水方式、溫度、含水量、水質等）不同，對摻水水表計量修正系數要進行現場實驗測定，對計量結果進行修正，確保摻水計量準確，提高計量準確度。

4 實施效果

KD521站摻水泵技術改造取得了良好的節能效果。主要體現在以下幾個方面：

1）摻水泵的耐腐蝕性能得到改善，提高了摻水泵機組的運行可靠性。摻水泵的使用壽命由原來的3～4個月，延長到24個月以上，連續運行時間達到2×104h以上，滿足了油田摻水生產的需要。

2）降低了摻水泵機組的維修成本。由于摻水泵機組運行安全可靠性明顯提高，大大降低了設備日常維修維護成本。

3）提高了摻水泵機組的運行效率，經現場監測，摻水泵機組平均運行效率由改造前的12.6%提高到改造后的51.3%。

4）節能效益明顯。采用變頻調速控制技術后，避免了摻水系統的節流能量損失，機組綜合節電率達到10.8%，取得了良好的節能效果。

5）優化了生產運行參數，泵站平穩運行。通過優化泵生產運行參數，提高泵的入口壓力，改善了摻水泵的供液能力，不僅避免了摻水泵的氣蝕現象，而且提高了泵站的整體效能。

6）提高了摻水計量的準確度。采取多種有效措施提高了摻水計量的準確度，將誤差控制在1.0%以下，滿足了油田摻水計量的技術要求。

5 結束語

開展油田生產節能降耗技術研究，實施泵站節能技術改造是油田開發建設的需要，也是一項長期的工作。實踐表明，提高油田摻水泵耐腐蝕能力，實施變頻節能調速控制技術，選用優質高效泵，改善污水水質，優化生產運行參數和強化摻水表管理是提高油田摻水泵泵站整體效能，延長設備使用壽命，降低維修成本的有效措施。

［1］李榮強.勝利油田注水管柱腐蝕機理與防治技術［J］.石油鉆探技術,2008（4）：64-66.

［2］張智,施太和,周理志,等.油氣田開發過程中流場誘導腐蝕［J］.石油化工腐蝕與防護,2007（3）:79-81.

［3］程姍姍,王金剛,王治國.油氣田金屬設備硫化氫腐蝕行為研究［J］.石油化工腐蝕與防護,2011（1）:32-35.

［4］化學工業部化工機械研究室.腐蝕與防護手冊——耐蝕金屬材料及防腐技術［M］.北京:化學工業出版社,1996:440.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.02.008

朱益飛，1989年畢業于華東石油學院生產過程自動化專業，高級工程師，從事于油田技術質量監督工作，E-mail：zhuyifei112.slyt@sinopec.com，地址：山東省東營市河口區仙河鎮勝利油田孤東采油廠技術質量監督站，257237。

2011-11-01）