變頻調速控制系統在采油注水泵站的應用

田傳凱 陳建燕

摘 要：變頻調速技術是現代電機電泵使用當中最為常見的主流技術，其不僅能夠保證用戶對油、水的正常使用，而且還能夠降低使用過程中的能耗和設備磨損，并且實現了電力設備的自動化改造。本文即是對變頻調速控制系統在采油注水泵站中的應用進行研究，探討了泵站當中變頻調速技術的相關概念，并說明了這項技術的工作原理，最終以大慶油廠某泵站的改造方案作為案例說明了這一技術的應用。

關鍵詞：變頻調速；采油注水泵站；原理；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.219

在石油采集工程當中，由于地下的原油被不斷地抽到地面之上，導致地下巖層所承受的壓力逐漸減小，這樣既會對原油抽取時的壓力產生影響，降低原油采集效率；又會對地下巖層的穩定性造成應影響。因此通常采用高壓注水維持地下壓力的方法，所需要的水流壓力應保持在30MPa以上，這就大大增加了泵站設備的能耗的磨損，加之傳統水泵所產生的壓力不夠穩定，因此應利用現代變頻調速技術進行更換和完善。

1 采油注水泵站變頻調速技術的含義

目前我國變頻調速技術的應用已經非常深入，各地采油注水泵站內所使用的均為恒壓供水技術，其利用現代智能化的變頻調速技術對水泵的輸出頻率進行有規律的改變，可以調節水泵的運轉速率，進而保障注水水壓能夠有效維持在小范圍可控變化內。該技術主要借助于注水管道內壓力變化感應器的遠程監控，將水壓的變化信號轉變為電子數據，實時向控制中心發送，控制中心則利用這些數據對水壓的變化進行調節，降低了單位時間內注水所需要的能源量[1]。

2 現代變頻調速技術的基本原理

現代我國各地采油注水泵站所使用的變頻調速系統均是根據實際用水壓力大小來設置變頻調速的控制。其原理具體為：

當使用者所需水壓為L0時，其低于實際的水壓L，此時采油注水泵站的機組當中就會有部分水泵進入變頻調速的狀態，另外部分機組則有計算機自動控制到斷開停機狀態，這樣就可以適當降低管道內的輸出水壓，節省不必要的能量損耗。而如果在運行過程中，實際的水壓L低于所需水壓L0時，則計算機能夠將采油注水泵站內機組所有水泵均調整到全工頻運行狀態，保證水壓能夠快速提升到限定范圍。利用公式進行表示后則為：當L0≥L時，水泵電機切換為全工頻運行狀態；當L0

3 變頻調速控制系統的實際應用——以大慶某采油注水泵站為例

該采油注水泵站始建于1984年，當時本站機組內所使用的均為高壓全工頻離心水泵，機組中共5臺，采用交替運行的方式，同一時間內運行水泵電機數量為2臺，注水壓力保持在14MPa范圍內，每天的供水量可以達到2.1萬立方米。當時由于我國正處于石油開采的起步階段，油田均位于底層下較淺位置，因此對于注水的壓力要求較低。而隨著石油開展量和效率的不斷提升，使得近幾年采油注水的水壓要求越來越高，傳統的單純全工頻電機已經無法滿足現代石油開采的需求，因此在早期是開始使用人工調節方式，每隔1h均需要對閥門進行調節，用以控制水流的壓強，但頻繁的手動控制會對閥門本身產生損耗，根據研究顯示這類損耗占總輸出功率的1/3左右，發現人工調節的局限性較大。

當前該注水泵站內每小時的供水量可以達到700立方米，經過改造之后安裝了1臺全工頻水泵電機，輸出量為每小時500立方米，另外安裝1臺變頻調速水泵，其輸出量為每小時250立方米。在改造的過程中共提出了兩個備選方案，其一是加裝離心調速泵，其二是加裝柱塞調速泵。

其中離心調速泵的技術目前已經發展成熟，該電機本身體積較小，但排水量較大，根據現代流體動力學理論研究，該變頻調速泵的流量與其轉子轉速的一次方成振臂，也就是流量Qn；而該離心泵的水壓則與轉子轉速的二次方成正比，也就是水壓Hn2；電機輸出功率與轉子轉速的三次方成正比，也就是功率Pn3，同時功率也與水泵流量的三次方成正比，即PQ3[3]。根據這一特性可以看出，離心泵在變頻調速時隨著水流量的下降，其水泵內水壓也會降低，并且無法保證注水過程中干壓的恒定，可調控的范圍較小。

柱塞調速泵的運行特性與離心調速泵有著明顯的差異，其Q與電機轉速n有關，但H與電機轉速沒有關聯，而是與電機的轉矩成正比，并且P也與電機轉速的一次方成正比。但這種電機本身體積較大，容量較低，最大排水量僅為每小時120立方米。因此，該采油注水泵站在選擇方案是為了彌補柱塞調速泵的注水量低的缺點，加裝了兩臺，在所需水流量較大時兩臺同時開啟，這樣可以進一步降低使用過程中的能耗。在使用這一改造方案之后，小時每立方米能耗由以前的4.7kW降低為4.0kW，整個本站的總節能率達到了15%。

4 結語

利用變頻調速控制系統可以有效提升采油注水泵站的節能效果，提升水泵電機的運行效率，既滿足了采油時對于水壓水量的需求，又為企業節約了大量的能源消耗和設備磨損費用。同時變頻調速控制系統是現代智能化、自動化的主要表現，可以有效降低人工成本。

參考文獻：

[1]趙中偉，翟全良.文二聯注水站變頻調速控制系統技術應用[J].Inner Mongulia Petrochemical Industry，2012（11）：101.

[2]姚杰.前置泵變頻調速技術在油田注水系統中的應用[J].電氣應用，2012（03）：62-65.

[3]路偉，李勇，康紅濱.變頻調速控制系統在油田注水泵上的節能探討[J].科技與企業，2012（20）：264.