變頻調速技術在注聚站節(jié)能降耗中的應用及效果

孔維海（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

變頻調速技術在注聚站節(jié)能降耗中的應用及效果

孔維海（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

隨著大慶油田三次采油工業(yè)化推廣，注聚站的規(guī)模逐漸擴大，能耗增加的問題日益突出。為了控制用電成本，選取某注聚站，應用變頻調速技術，對注聚泵實施變頻改造，采用變頻調速取代工頻狀態(tài)下人工調試。技術應用后，電動機功率輸出與流量輸出有效匹配，注聚泵的用電能耗下降了30.9%，年節(jié)約資金20.03萬元，達到了節(jié)能降耗的目的。

注聚泵；變頻調速技術；功率

大慶油田某注聚站2013年投入開發(fā)使用，投產(chǎn)初期由于泵排量范圍小，導致近40%的注入井不能滿足地質方案配注要求；工頻狀態(tài)下的注液耗電高達25 kWh/m3以上，為了節(jié)約用電成本，提高地質方案符合率，對站內(nèi)注入工藝實施了變頻調速改造。改造方案選取站內(nèi)聚驅注入井48口，注聚泵16臺（采用多泵帶多井的工藝流程）[1]。方案實施后，提高了地質方案符合率，降低了注聚泵的單耗，提升了聚驅開發(fā)、管理水平。

1 變頻調速技術原理

變頻調速技術的工作原理是電動機的轉速與電動機的輸入頻率呈線性關系，異步電動機輸出軸轉速與工作電源輸入頻率公式如下：

式中：n——電動機轉速，V/s；

f——電動機輸入頻率，Hz；

s——電動機轉差率；

P——電動機磁極對數(shù)。

當電動機的輸入頻率發(fā)生改變時，電動機的轉速同時發(fā)生改變[2]。此項技術應用在聚驅注入站注入系統(tǒng)工藝中，根據(jù)地質方案設計的單井配注量的變化，流量計接收到配注信號，傳遞到流量控制系統(tǒng)，變頻器接收到流量控制系統(tǒng)指令，根據(jù)反饋的流量大小自動調節(jié)電動機輸入頻率，通過輸出頻率的變化控制電動機的轉速，從而改變注聚泵排量，達到地質方案配注設計要求，改造后注水系統(tǒng)漢程見圖1[3-4]。電動機轉速可調，輸出功率隨著流量的變化而變化，降低了能耗。變頻對注聚泵排量的再調節(jié)，擴大了注聚泵的排量調節(jié)范圍，可以更多滿足地質開發(fā)方案需求。開啟時保持較低的啟動電流，不會造成瞬時的壓力突變，實現(xiàn)了平穩(wěn)開啟，減少了閥門開關頻率。

傳統(tǒng)工頻狀態(tài)下電動機轉速不隨流量的變化而變化，保持額定的功率輸出[5]，能耗相對較高；輸出的泵排量只能在泵額定排量的30%～100%之間，即泵的最小輸出排量為額定值的30%，調節(jié)范圍小，地質方案符合率較低；泵開啟的時候，閥門的開啟程度控制流量輸出，瞬時的高壓，常常產(chǎn)生較高的啟動電流，造成注聚泵自動停泵的現(xiàn)象[6-7]。變頻調速技術在節(jié)約能耗、流量調節(jié)、平穩(wěn)開啟等方面都優(yōu)于工頻狀態(tài)下的設備運行。

圖1 注聚站變頻調速改造后注入系統(tǒng)簡易流程

2 變頻調速技術的應用及效果

針對該注聚站耗電量大、地質方案符合率低等實際問題，對站內(nèi)8臺注聚泵，實施變頻調速改造，加裝8臺37 kW變頻裝置，頻率范圍（出廠設定值）0～50 Hz[8]。實施改造后，平均每臺泵注液耗電量由25.47 k Wh/m3下降到19.68 k Wh/m3，注聚泵排量范圍全部達到了地質方案設計要求，現(xiàn)場應用取得了較好的效果。

2.1 耗電情況對比

工頻狀態(tài)下，在泵排量降低的情況下，電動機仍以額定功率輸出，經(jīng)常出現(xiàn)“大功率，輕載荷”的現(xiàn)象[9]，造成電量消耗較大。注入站變頻改造后，根據(jù)實際排量大小輸出電動機功率，降低了注聚泵的能耗。安裝變頻器后，平均每臺泵的日耗電量由348.4 kWh下降到240.9 kWh，能耗下降了30.9%（表1），有效的節(jié)約了用電成本。

表1 變頻改造前后單泵能耗統(tǒng)計

2.2 注聚單井方案執(zhí)行情況對比

注入站改造前，泵的排量范圍僅能滿足站內(nèi)30口井的地質方案要求，改造后，變頻調速通過輸入頻率的變化對注聚泵的排量進行調節(jié)，調節(jié)后，泵的排量范圍由0.56～2.00 m3/h擴大到0.17～1.60 m3/h，流量下限由0.56 m3/h下調到0.17 m3/h，使18口配注母液量較低的注入井滿足了地質方案設計要求，地質方案符合率由62.5%提高到100%（表2）。同時電動機轉速平穩(wěn)調節(jié)流量，減少了調節(jié)閥門的頻繁開啟次數(shù)，降低了自動停泵次數(shù)，減少了勞動強度。

表2 注聚站改造前后單井方案執(zhí)行情況統(tǒng)計

通過應用變頻調速技術，平均每臺注聚泵日節(jié)約用電107.5 k Wh，8臺注聚泵日節(jié)約用電860 k Wh，年節(jié)約用電31.39×104k Wh，年節(jié)約成本費用20.03萬元。

3 結語

變頻調速技術通過頻率調節(jié)，擴大了注聚泵的排量范圍，地質方案符合率由62.5%提高到100%，滿足了油田開發(fā)的需求。實現(xiàn)了設備平穩(wěn)開啟，降低了自動停泵次數(shù)，提高了勞動效率。

變頻調速技術應用后，電動機功率輸出與流量輸出有效匹配，避免了工頻狀態(tài)下保持額定功率輸出的狀況，降低了能耗，系統(tǒng)運行以來，設備運行平穩(wěn)，年節(jié)約資金20.03萬元，達到了節(jié)能降耗的目的。

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10.3969/j.issn.2095-1493.2017.05.005

2017-03-20

（編輯 莊景春）

孔維海，高級工程師，2001年畢業(yè)于江漢石油學院（機械電子工程專業(yè)），從事自控系統(tǒng)維護與技術工作，E-mail：9263761@qq.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司第三采油廠規(guī)劃設計研究所，163113。