淺析永磁調速技術在機泵中應用

歐陽華章(大慶油田有限責任公司第一采油廠，黑龍江 大慶 163113)

淺析永磁調速技術在機泵中應用

歐陽華章(大慶油田有限責任公司第一采油廠，黑龍江 大慶 163113)

油水泵采取永磁調速技術是油田地面系統優化簡化工藝一種新的嘗試，新的舉措。這種控制方式，滿足油田油水泵運行要求，可在負荷率低的油水泵設備上應用，降低生產運行成本，節能降耗效果突出。

永磁調速；變頻調速；節能降耗

多年來，油田地面系統油水泵運行一般采用變頻調速技術進行控制，由于大量變頻器在電網中運行，對整個電網造成諧波污染，極易造成用電設備絕緣擊穿、元器件損壞、儀表測量數據誤差等，對油田正常生產造成危害。目前，永磁調速技術日趨成熟，各行業都有大量應用，該技術已被國家發改委列入國家重點節能設備推廣技術。永磁調速設備與電網無關，完全避免了諧波污染問題，我們開展油水泵永磁調速技術應用情況研究，對油水泵節能降耗多途徑進行探索，為采油一廠地面系統節能降耗提供依據。

1 永磁調速技術應用情況

目前油田早期建成的機泵排量與生產運行中的實際排量相差較大，機泵的運行匹配也很難適應實際用量的季節性調整。離心泵的流量調節，傳統方法是通過調節出口閥的開度來實現，由于出口閥節流，離心泵運行效率較低，能耗損失較大。近年來，油田集輸系統普遍采用變頻調速技術控制機泵運行，達到節能降耗的目的。變頻技術的大量應用對油田電網造成諧波污染，諧波對電力系統運行及用電設備產生一系列影響。鑒于目前現狀，我們探討永磁調速技術現場應用。

1.1 工作原理

永磁調速技術通過調節扭矩來實現速度控制。當導體轉子旋轉時，導體轉子與永磁轉子產生相對運動，交變磁場通過氣隙在導體轉子上產生渦流。同時，渦流產生感應磁場與永磁轉子相互作用，從而帶動永磁轉子沿著與導體轉子相同方向旋轉，在負載側輸出軸上產生轉矩，從而帶動負載做旋轉運動。負載要求扭矩小，電機輸出扭矩小，相應輸出功率也小。當永磁調速驅動裝置接到一個控制信號，如壓力、流量、液位等信號傳到控制器，并對信號進行識別和轉換后，產生一個機械操作指令，來調節導體和永磁體之間的間隙大小，從而調節永磁調速驅動裝置輸出端的扭矩大小，獲得可調整、可控制、可重復的負載轉速，進而實現電機功率可控，達到節能的目的。

對于離心泵，當泵的轉速由n1變到n2時，其相似工況點排量Q、揚程H及軸功率P的變化關系為：

Q1/Q2=n1/n2 H1/H2=（n1/n2）2P1/P2=（n1/n2）3

由上式可知，離心泵排量與轉速成正比，揚程與轉速的二次方成正比，軸功率與轉速的三次方成正比。轉速變化后，將引起相應排量、揚程和軸功率的變化。這是改變離心泵工況的有效途徑，即通過改變轉速來實現離心泵輸出功率的調節。

1.2 現場運行及效果

1.2.1 聚中七放水站

2012年11月在聚中七放水站3#污水泵上安裝了永磁調速裝置。該崗現有4臺污水泵，兩用兩備，單泵額定流量280m3/h，額定揚程80m，電機轉速2970rpm，額定功率90KW。正常情況下，2臺污水泵額定流量為13440m3/d。2012年底，該站實際外輸污水量約為8000m3/d。永磁調速裝置安裝于已有泵和電機之間，電機位置向后移動了35cm，對原有泵基礎只是進行了延伸。

由于實際排放能力小于泵的正常工作能力，正常情況下，通過調節泵出口閥的開度來調節泵的流量，而污水泵依然在額定轉速下運行，這樣就使一部分能源消耗在閥門上，造成了能源浪費，同時也加大了閥門的損耗，閥門更換次數增多。安裝永磁調速裝置后，在閥門全開的情況下，根據污水罐液位高度自動調節污水泵的轉速，節能效果明顯。

2012年11月29日，中國石油天然氣集團公司節能技術監測評價中心對聚中七放水站3#污水泵未采用永磁調速驅動器的運行功耗情況進行了現場測試，主要測試參為準。

3#污水泵永磁調速裝置投資費用18萬元，在上述運行狀態下，單耗下降0.17 kWh/m3，年節電為0.17×159.5×365×24= 23.75×104kWh，節約電費15.15萬元。

3#污水泵安裝永磁調速裝置前，聯軸器頻繁損壞，平均使用周期不到一周，安裝永磁調速裝置后避免了上述問題。

1.2.2 中604轉油站

2014年7月在中604轉油站1#摻水泵安裝永磁調速裝置。該站有3臺摻水泵，為適應單井摻水量變化，摻水泵每年6月-9月一用兩備，其余時段兩用一備。單泵額定流量65 m3/h，額定揚程200m，電機轉速2970rpm，額定功率75kw。永磁調速裝置安裝在電機與泵之間，將電機與泵聯軸器拆開后，將電機向后移動40cm以留出永磁調速裝置的安裝位置。對設備基礎進行改造，增加電機移動后的安裝基礎及永磁調速驅動器執行器安裝基礎。

2014年8月6日，中國石油天然氣集團公司節能技術監測評價中心對1#摻水泵未采用永磁調速驅動裝置的運行功耗情況進行了現場測試。11月13日，節能技術監測評價中心對1#摻水泵采用永磁調速驅動裝置的運行功耗情況進行了現場測試，由于冬季摻水量較大，運行1#、2#摻水泵，2#摻水泵工頻運行，1#摻水泵永磁調速運行，主要測試實際參數為準。

1#摻水泵永磁調速裝置投資費用17萬元，在上述運行狀態下，單耗下降0.10 kWh/m3，年節電為0.10×46.79×365×24=4.1× 104kWh，節約電費2.62萬元。

永磁調速技術在聚中七放水站3#污水泵應用3年，在中604轉油站1#摻水泵應用近2年，設備運行穩定，節能效果明顯：聚中七放水站3#污水泵節電率30.08%，中604轉油站1#摻水泵節電率16.75%。

2 結語

永磁調速技術適用于油田地面系統機泵不同運行工況調速要求，對于負荷率低的機泵調速運行節電效果更好。永磁調速技術相比于變頻調速技術，不產生諧波干擾，設備折舊年限較長，在這兩方面具有一定的優勢。