高壓變頻器在大港油田西一注水站的應用

王立民

摘要：根據油田實際注水情況，提出了目前注水泵站在生產過程中存在的主要問題，有針對性的運用高壓變頻技術來解決高壓注水泵耗能問題，以滿足油田生產的需要。

關鍵詞：油田企業；單耗；節能

1 項目基本情況

西一聯合站位于港西地區，始建于1970年，并分別于1974年、1980年、1993年、2000年、2006年進行過相應的工藝改造，擔負港西作業一區油氣水處理、西二聯低含水油處理、南線來油輸送等任務，是一座集原油處理、原油外輸、采出水處理、采出水回注、回摻等功能為一體的綜合性油氣處理聯合站。該站設計原油處理能力12000 m3/d，采出水處理能力13000m3/d，采出水回注能力8640m3/d，摻水能力2200m3/d。同時，該站還擔負著大港油田南線來油的儲存、外輸、加熱等工作，是大港油田原油儲運系統的重要樞紐。

西一聯合站西一注水站建于1975年，采用多級高壓離心注水泵注水，主要配套設施包括2具1000注水罐，DF型多級高壓離心泵3臺，工頻運行，工作制度二運一備。注水泵電壓6KV，機泵運行電流102A，日注水量約8600 m3/d，年耗電量約1625×104kw.h。

1.1存在問題

1.1.1泵出口閥門節流，泵管壓差大，無功損耗高。

西一注注水泵日注水量在8600m3，設計日注水量8640m3，注水泵泵壓13.4MPa，注水管壓11.0-12.5MPa，泵管壓差在0.9～2.4MPa之間，出口閥門截流嚴重，造成注水泵機組效率低、電能消耗大，注水生產成本大。造成此情況是由于不同時期油田開發配注量的調整，以及鉆井注水井占用、洗井等原因，使油層注入壓力和注入量處于變化中，造成注水泵排出量與配注量不匹配。為了適應注水量變化的需求，一般通過人工調節出口閥門來控制流量，泵機組在節流狀態下運行，使得注水泵運行偏離了高效區，且閥門處又因節流損失了大量的能量，如果人工調節不及時，將影響油田正常注水，并會帶來安全隱患。

1.1.2 注水泵工頻啟動，對供電電網沖擊較大，易造成配電設備的故障。

配套大功率電機的注水泵工頻啟動，對供電電網沖擊較大，易造成配電設備的故障。改造前，西一注高壓配電室所用PT已燒毀多年，而且配電柜老化嚴重，已對西一注注水系統平穩運行造成隱患。此外，該站高壓電纜為1992年鋪設，采用鋁芯無鎧電纜。注水泵工頻啟動對電網的沖擊效應會對該電纜造成一定安全隱患。一旦發生事故，將無法保證注水系統正常運行。

1.2 泵站改造的目的和要求

（1）滿足注水需求，在保證注水干壓不降低情況下，降低泵管壓差，減少無功損耗，改造后閥門可以全開，消除泵管壓趨近為0 MPa。

（2）在保證注水干壓滿足注水需求的情況下，實現注水泵一定范圍內壓力、排量可調，注水站單泵排量范圍增大到DFW180-110X12（150～210m3/h）。

（3）完善設備自動保護，可以實現多級高壓離心注水泵軟啟動功能及遠程啟停功能，并進行邏輯控制（報警及系統連鎖控制），提高人員和設備安全管理程度。

2 技術方案及原理

2.1高壓變頻系統概述

西一注建有離心式注水泵3臺，二運一備，注水量8600m3/d，臨近滿負荷運行。根據電機額定電壓6KV和注水泵負載額定功率950KW、1000KW，選用適合驅動高壓異步電動機的水泵類變頻器JD-BP37-1000Z，采用一拖二運行方式來滿足現場要求。特點如下：

（1）優良的調速性能，滿足生產工藝要求；

（2）良好的節能效果，提高系統運行效率；

（3）實現最大投資效益比，變頻一拖二運行滿足了系統節能運行，控制了整體投資；

（4）實現系統軟啟動，減小啟動沖擊，降低維護費用，延長設備壽命；

（5）系統安全、可靠，確保負載連續運行；

（6）控制方便、靈活，自動化水平高。

2.2技術方案及原理

通過對注水泵進行高壓變頻的技術改造，可以對注水泵運行參數進行調節，以達到消除泵管壓差，降低注水單耗的目的。

電動機可以經高壓隔離開關1#QS1和高壓真空接觸器KM1、高壓隔離開關1#QS2和高壓真空接觸器KM3變頻運行，也可以經過高壓真空接觸器KM5工頻運行；2#電動機可以經過高壓隔離開關2#QS1和高壓真空接觸器KM1、高壓隔離開關2#QS2和高壓真空接觸器KM4變頻運行，也可以經高壓真空接觸器KM6工頻運行。實現一臺變頻器可以輪流拖動兩臺電動機變頻運行。

（1）高壓變頻調速驅動裝置采用直接‘高-高結構，6kV直接輸出，不需輸出升壓變壓器，輸出為單元串聯移相式PWM方式。整套變頻調速驅動裝置，包括移相變壓器、變頻器、隔離刀閘柜等所有部件及內部連線一體化設計，現場只須連接高壓輸入，高壓輸出、控制電源和監控數據線即可。在20～100%的負載變化情況內達到或超過0.96的功率因數，并且電流諧波少，無須功率因數補償/諧波抑制裝置。

（2）控制器采用DSP+FPGA芯片，設計的算法能保證電機達到最優的運行性能。彩色嵌入式人機界面提供友好的全中文監控和操作界面，同時可以實現遠程監控和網絡化控制。

（3）變頻裝置還具有以下基本保護功能：過電壓保護、欠壓保護、缺相保護、過電流保護、過載保護、過熱保護、光纖故障保護、超頻保護、失速保護、接地保護、短路保護。提高了系統的安全性。

3節能點及效果

3.1主要節能點

（1）閥門完全打開不存在憋壓現象，泵管壓差減小了，提高了系統有用功率，節約了能源。

（2）注水系統可以和港西注水管網需求高效動態匹配，不增加無用功，保證了整體注水管網的運行平穩。

（3）排量在一定范圍內（如果生產需要）可以調節，降低了單耗，節約了能源。

（4）實現了對設備的軟啟動，即避免了啟動電流大造成的能量損失，又避免了啟動電流大對電機、配電設施的過流損害，延長了使用壽命。

3.2實際效益

2017年初，西一注3臺注水泵的平均電流與去年同期對比下降了18A左右，據統計安裝變頻后注水月均用電量127.4萬kw.h，比去年同期注水月均用電量134.9萬kw.h減少了7.5萬kw.h，注水單耗由年初的5.1降低到4.6kw.h。

通過西一轉注水泵2016年一季度與2017年一季度單耗柱狀圖同期對比數據可以看到，改造后的注水泵機組節能效果較為顯著；在全年注水量與上一年注水量相當的情況下，預計2017年可節電156×104kw.h，年實現節約電費127萬元。

同時，西一聯采用變頻控制后，減少工頻啟動對電網的沖擊造成的影響，減少維修費6萬元，新增變頻裝置維護費3萬元。

西一轉高壓變頻器投運后，我們對更換高壓變頻器前后能耗數據進行了檢測。更換后西一注注水高壓變頻采用一拖二變頻控制，二運一備，綜合節能率達11.65%。

4結論

該變頻投產運行后，較原生產系統相比，生產效率顯著提高，在降低了電量消耗、生產成本的同時，也降低了員工的勞動強度，起停泵及數據采集可在操作室通過計算機一鍵完成，既滿足了生產需要，又達到了預期的節能降耗的目的（三年可回收投資），符合企業所強調的安全生產、清潔環境、保障職工身體健康、社會和諧發展的要求，體現了安全、節能、環保的宗旨。

（作者單位：中國石油大港油田公司第五采油廠）