河南油田摻水系統電能損耗影響因素分析及節能對策

賀智超

摘 要：本文通過對影響摻水系統效率的關鍵因素，優化運行，動態實時調整摻水運行方案，從而提高摻水系統整體運行效率；降低摻水電耗，降低成本，實現效益最大化。

關鍵詞：油田；摻水系統；電能損耗；節能

河南油田采油二廠生產出來的原油90%為超稠油，注蒸汽開采生產。原油集輸系統依靠蒸汽或摻熱水伴熱。摻水系統所用水泵主要是兩級離心泵，離心泵適合于大排量、低揚程的場合，一般機組運行效率可達50%左右。經測試表明，采油二廠摻水系統泵機組效率平均只有30%。摻水系統機組平均效率較低，電能浪費嚴重。目前，采油二廠有十四個集油站和一個聯合站，摻水泵有40多臺，經常運行的有十幾臺至二十臺。通過優化調整運行方式，使機組摻水效率得到提高到，可降低摻水耗電量，降低集輸系統運行成本。

一、摻水系統電能損耗節點分析

摻水系統電能損耗可分為管網損耗和泵機組損耗兩部分。

1.1 管網損耗

為了分析管網損耗情況，對各集油站管網分別選取泵出口、主閥出口、匯管、站出口等幾個點來統計壓力分布。從泵出口到集油站出口，各段壓力損失，干線損失0.07，出口閥損失0.15，閥組損失0.13，總損失0.34。說明，管網壓力損失主要是在閥門上，由于關閥門導致的壓力損失，而管線上壓力損失不大。如果計算到站出口，管網效率為84.8%；如果計算到井口，按平均摻水壓力0.5計算，則管網效率只有22.3%。

根據管網特性，管線建成后不再發生變化，能量損失與流量有關，是不可控因素。閥門則在運行中是經常調整變化的，對管網效率有較大影響。

根據分析，在集油站內，從泵出口到站出口這段距離內，管線距離較短，損耗主要是在閥門上。當從泵出口考慮到井口時，損耗主要是在管線上，閥門損失退居次要地位。閥門開度不同，閥門上壓力損失不同，閥門開度大，閥門上壓力損失小；閥門開度小，閥門上壓力損失大。這是由于泵特性曲線和管網特性曲線不匹配，不得不關閥門導致的。因此為了減少管網損耗，應盡量減小閥門損失，管網上閥門應在滿足生產要求的情況下，盡量開大閥大，或減少閥門數量。這部分損失由于受制于生產要求，優化空間小。

由泵效率分析可知，當泵工作點正好在額定工作點時泵效率最高，最節能。因此，當管線特性曲線與泵特性曲線正好相匹配時，即流量正好等于泵額定排量，且壓力正好等于泵額定壓力時，機組效率最高。

然而，由于實際需要流量是變化的，為了滿足不同流量的需要，泵配備時額定流量和額定工作壓力總是高于實際需要流量，與泵配套的電機功率也往往大于泵實際功率。因此，管線特性曲線與泵特性曲線通常是不匹配的，實際流量總是小于泵額定流量，實際需要壓力也總是小于泵實際工作壓力。因此，泵實際工作時一般總是需要調節降低流量以滿足實際水量需要。當水量降低后，由于偏離了額定工作點，機組效率有所降低。

1.2 機組損耗

根據測試結果，泵機組效率平均30.68%，因此機組損耗率為69.32%，占整個管網損失的主要部分。因此，通常來說，降低摻水耗電應主要放在提高機組效率上。

1.3摻水系統電能損耗影響因素分析

1.3.1 摻水單耗與機組效率的關系分析

從機組效率與單耗曲線上看，效率曲線與單耗曲線趨勢并不相近。從理論上分析，機組效率高，單耗應該低。從機組損失率與單耗曲線上看，二者趨勢非常相近，說明機組效率是影響摻水泵電能消耗的主導因素。

1.3.2 機組效率的影響因素分析

從前面的分析可知，機組效率是影響摻水單耗和管網效率的主要因素。

二、 節能方法分析

當需要量與泵額定工作點不匹配，或者泵額定流量大于需要流量時，有兩種方法可以解決特性曲線不匹配的問題。

2. 1打回流調節方法

打回流是最容易想到的方法。由泵特性曲線中流量——功率曲線可知，通過泵的流量增加時，功率消耗是增加的，打回流雖然解決了流量偏大的問題，但通過泵的實際流量并沒有減小，因此功率消耗并沒有減小。打回流雖然滿足了生產工藝要求，但打回流是最不經濟的調節方法。反過來，當流量減小時，雖然效率降低了，功率消耗總是減小的，總用電量將會降低。因此，降低摻水量，提高摻水利用率，是效果最好的節能方法。在滿足摻水需求的前提下，盡量降低摻水量。

2. 2閥門調節方法與調速調節方法

打回流方法不改變泵特性曲線，也不改變管網特性曲線。當兩者不匹配時，可以改變管網特性曲線，也可以改變泵特性曲線。

三、摻水系統節能對策

3.1 降低摻水量，提高摻水利用率

由泵特性曲線可知，當流量降低時，雖然泵效率也降低了，但功率消耗是降低的。因此，努力降低流量，減少不必要的摻水，是節能效果最明顯的方法。

3.2 優化機組運行方式

根據全廠機組效率測試結果，改變原先的輪流運行方式，修改為按單耗及效率優先的原則，優先運行高效率機組，其它機組作為備用機組。

根據測試結果，與全廠各集油站摻水泵進行了優化運行，下表是根據測試結果對各站進行優化后推薦運行方式，將此表提供給集輸，在設備允許的情況下，優先設備運行。

3.3 優化機組配置

（1）當實際摻水量與泵額定流量接近，或者實際排量系數接近1時，泵機組效率比較高，設備利用率也比較高。

（2）單臺大排量泵運行比兩臺小排量泵運行效率高。

符合這樣的配置是比較優的，運行效率高。由于各站都有備用泵，因此只按平均流量考慮即可，不必考慮極少數情況下泵排量不夠的情況。

3.4 更新高能耗設備

對于能耗偏高，效率偏低且無可替代的設備，進行設備更新，更換為新型高效節能設備，并根據管網匹配要求，配備相應的變頻技術，降低管網損耗。

根據測試結果及年運行情況分析，6#、9#集油站效率偏低，摻水單耗偏高，經濟效益差。效率低的原因主要是設備選型不當，設備額定排量偏大而實際運行流量偏小。從現有的設備中暫無可替代泵機組，因此建議6#、9#集油站各增加一臺25m3/h泵，并配備變頻技術。更新后摻水單耗可由原來的2.5 kWh/m3降低到1.5 kWh/m3。

四、結論及認識

（1）提高摻水利用率，有效降低摻水量，是最根本最有效果的節能方法。

（2）泵機組效率是影響摻水單耗的最主要因素，提高機組效率可以降低摻水單耗，節約電能。

（3）改變優化機組運行方式，可以在不增加投入的情況下提高摻水效率，降低電量消耗，應優先采用。

（4）優化調整機組配備，在較少投入的情況下提高摻水效率，降低電能消耗。

（5）更新高能耗設備機組，雖然投入相對較高，但能較大幅度提高摻水效率，且能長期發揮作用，節能效果也比較明顯。

參考文獻：

[1]馬雄飛. 提高離心泵效率的探討. 機械工程師，2012（6）148-150

[2]馬建林. 探討如何提高水泵工作效率.河南科技，2013 （24） 102