油田注水泵機組能耗因素分析

張 冉1，楊立欣2，趙 寧1，張冀星，王建斌

（1.中石化勝利油田技術檢測中心，山東 東營 257000；

2.中石化勝利油田濱南采油廠，山東 濱州 256600；

3.中石化勝利石油工程有限公司西南分公司，山東 東營 257000）

油田注水泵機組能耗因素分析

張 冉1，楊立欣2，趙 寧1，張冀星3，王建斌3

（1.中石化勝利油田技術檢測中心，山東 東營 257000；

2.中石化勝利油田濱南采油廠，山東 濱州 256600；

3.中石化勝利石油工程有限公司西南分公司，山東 東營 257000）

通過對比分析影響注水系統效率的因素，提出了相應的節能降耗措施，為油田注水機組的經濟高效運行提供了理論依據和技術支持。

注水泵機組；能耗；分析

油田注水用電量約占油田用電總量的40%，其高壓注水電機的平均功率高達2 000kW。現階段，注水系統的節能已經成為降低生產成本、緩解油田供電緊張的重要問題。因此，有必要對高壓注水電機和離心泵的能耗進行分析，研究影響電機和注水泵效率的主要因素，并提出切實有效的節能降耗措施。

一、電機效率影響因素

本次共檢測了92臺勝利油田在用電機，其中具備電機效率測試條件的有31臺。所檢電機投產時間為1977～2010年，電機效率91．57%～96．36%，平均效率為93．95%。

1．投產年限對電機效率的影響

(1)2000年以后投產的電機共14臺，效率在92．32%～96．36%之間，平均效率為94．61%。

(2)1990～1999年投產的電機共9臺，效率在92．38%～94．50%之間，平均效率為93．60%。

(3)1989年以前投產的電機共4臺，效率在91．57%～93．02%之間，平均效率為92．30%。

由此可見，隨著電機使用年限的增加，電機效率有不同程度的下降，但電機效率均能夠保證在91%以上。

2．負載率對電機效率的影響

(1)負載率在60%以下的電機共2臺，效率為92．32%和93．89%，平均效率為93．11%。

(2)負載率在60%～69%的電機共5臺，效率在92．10%～94．70%之間，平均效率為93．47%。

(3)負載率在70%～80%的電機共10臺，效率在92．38%～95．93%之間，平均效率為94．05%。

(4)負載率在81%～90%的電機共8臺，效率在93．15%～95．65%之間，平均效率為94．12%。

(5)負載率在91%以上電機共5臺，效率在94．00%～96．36%之間，平均效率為94．77%。

由此可見，負載率多在60%以上，負載對電機效率影響較小，隨著負載率的上升，負載率對電機效率的影響也有相應的增加。

3．同一年代投產電機效率比較

在所檢測的電機中，2008年投產的有11臺，效率在92．32%～96．36%，平均效率為94．63%，最高效率與最低效率相差4．04%。同一年代投產的電機，由于安裝質量和日常保養程度的不同，導致電機效率也有差異。因此應當注意以下幾點。

(1)電機安裝前，應當加強對基礎施工質量的監督。

(2)電機安裝后對安裝質量、運行性能應進行檢測。

(3)電機運行過程中應當加強設備狀態監測，如振動、噪聲、溫度、潤滑油品質的定期監測。

(4)電機運行過程中如發現異常情況應當及時停機進行檢修。

4．不同額定功率電機效率

表1為不同功率的YK系列電機效率對比，從表中可以看出，對于YK系列電機，在電機設計理論中不同功率電機的渦流損耗和熱損耗差別不大，因此額定功率越大的電機效率理論上應該越高。通過本次檢測分析也驗證該理論，在今后的泵站改造及新建泵站過程中從節能角度考慮應當盡量選用大功率電機。如新建一個總裝機容量4 000kW的泵站，選用2臺2 000kW（或1臺2 000kW 2臺1 000kW）的電機就優于選用4臺1 000kW的電機。

表1 不同功率電機效率對比

二、注水泵效率影響因素

對于注水泵的檢測，本次同樣選擇了勝利油田在用的92臺注水泵，其中具備泵效測試條件的31臺。泵效為58．64%～80．30%，平均泵效為71．86%。

1．注水泵級數對效率的影響

(1)級數為9級的注水泵共檢測14臺，泵效為58．64%～80．30%，平均效率為72．26%。

(2)級數為10級的注水泵共檢測14臺，泵效為62．45%～80．16%，平均效率為71．14%。

可見不同級數的注水泵泵效差別不大。

2．注水泵額定排量對效率的影響

表2為不同排量注水泵效測試結果，從中可以看出，額定排量越大，泵效越高，因此在設備選型時，為節能降耗，應優先選用額定排量較大的注水泵。

表2 不同排量注水泵泵效

3．注水泵改造升級

由于注水工藝要求或管網需要，有的注水泵會進行葉輪切割、拆級或整體改造，本次檢測的92臺注水泵中有9臺進行過改造，對其中5臺進行了泵效測試，如表3所示。

表3 改造后泵效分析

(1)注水泵進行改造后，泵的工作特性曲線發生了變化，泵的工作點有可能處在高效區，也有可能偏離高效區，從而導致泵效的升高或降低。

(2)根據測試數據來看，對泵進行葉輪切割或拆級改造后，泵效有所下降，對泵進行整體改造（包括葉輪、泵殼、軸），泵效有所上升。

(3)在注水工況進行調整需要對泵進行改造時，應當從改造成本、使用成本等多方面綜合進行考慮。

三、高壓電機故障診斷

使用ATPOL ESA軟件對電機進行故障診斷，共分析了86臺電機的電流信號，其中存在機械方面不對中或不平衡、諧波失真、轉子存在斷條、匝間短路等故障的電機共47臺，占檢測數量的54．7%。在檢測的92臺電機中，電機底座振動量超標的共9臺，占所檢數量的9．8%；噪聲超標的共4臺，占所檢數量的4．3%；軸瓦溫度均符合要求未超標。在有故障的47臺電機中，同時存在振動超標的有4臺，存在噪聲超標的有2臺。在測試電機效率的31臺電機中，無故障的有14臺，平均效率為94．40%，有故障的有17臺，平均效率為93．58%，低于無故障電機效率。

四、注水泵故障診斷

在檢測的92臺注水泵中，注水泵底座振動量超標的共1臺，占所檢數量的1．1%；噪聲超標的共26臺，占所檢數量的28．3%；軸瓦溫度均符合要求未超標。在測試泵效的31臺注水泵中，無故障的有27臺，平均效率為72．16%，有故障的有4臺，平均效率為69．84%，低于無故障注水泵效率。

五、能耗綜合分析

1．使用年限對電機能耗的影響

油田在用的高壓電機運行時間較長，達到規定報廢年限14年的有52臺，占檢測數量的56．5%，這部分電機的主要性能指標都有不同程度的下降，勢必會造成能耗增加。形成這種問題的主要原因如下。

(1)老型電機本身設計損耗大。

(2)電機繞組老化，阻值加大，電機自身損耗增加，進而造成電機效率下降。

(3)長時間運行導致轉子、繞組、軸瓦振動加劇，造成機械損耗加大。

2．電機與注水泵的匹配情況對能耗的影響

少數泵站電機與注水泵不匹配，電機負載率偏低，引起電機實際運行效率下降，造成使用成本增加。形成這種情況的主要原因如下。

(1)因需要注水量發生變化，更換了小排量的泵而電機沒有更換。

(2)由于注水工況的調整而進行的泵的拆級或切割葉輪改造。

(3)由于注水管網腐蝕老化，容易形成穿孔，壓力達不到設計值。

3．負載及額定排量對能耗的影響

測試效率的31臺電機，平均效率為93．95%，負載率在70%以上的時候電機效率較高。測試泵效的31臺注水泵，平均泵效為71．86%，額定排量大的注水泵效率較高。

4．故障對能耗的影響

有55臺電機存在機械方面不對中或不平衡、諧波失真、轉子斷條、匝間短路、振動量超標、噪聲超標等故障，有故障電機平均效率93．58%，低于無故障電機的平均效率94．40%。建議對故障電機進行檢修，排除故障，確保電機高效運行。有27臺注水泵存在振動量超標、噪聲超標的故障，有故障注水泵的平均效率為69．84%，低于無故障注水泵的平均效率72．16%。

5．改造對能耗的影響

有9臺注水泵進行了葉輪切割或拆級等改造，這部分注水泵效率差別較大，最低的62．45%，最高的78．48%。對泵進行簡單的葉輪切割或拆級改造后，泵效會下降，對泵進行整體改造（包括葉輪、泵殼、軸），只保留原有的潤滑、冷卻等系統時，泵效有可能會上升。建議在注水工況進行調整需要對泵進行改造時，應當從改造成本、使用成本等多方面綜合進行考慮。

TQ172.9

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1671-0711（2014）04-0014-03

2014-02-08）