变频器在油田高压注水泵的节能应用

2019-2-25 14:37:04

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      随着社会经济建设的快速发展,我国油田建设规模不断扩大,如何获得更好的经济效益也成为油田企业面临的难题之一。高压注水泵作为油田建设过程中的重要设备,是油田开发后期提高原油采收率的重要举措,但高压注水泵在注水过程中采取人工调节出口和回流闸门的方式,容易导致电动机长期处于高耗能的状态,且人工操作及维修工作量大,已不能满足个别采油区块的应用。目前,变频技术逐渐向着电压更高、功率更大和性能更为优越的方向发展,采用变频调节装置对油田高压注水泵用电动机进行变速调节,可以有效提高注水泵设备注水效率,以达到节能降耗的目的。本文着重阐述了变频器在油田高压注水泵中的应用,希望对提高油田经济效益有所帮助。


1工程概述


某油田井区有10座计量站109口油水井,其中油井85口,水井24口,是一个中深、低渗透砂岩油岩。由于油层渗透率低,油水井间的连通性差造成部分注水井在系统压力下(1516mpa)的注水量满足不了地质配注要求,为此油田开展地面二级增压措施达到增注要求,目前油田有7座计量站安装增压设备,增注水井数18口,占总井数75%。增设变频器主要有以下三点原因:


1)由于低渗透断块油田注水配注水量在不断变化,而柱塞泵的排液量恒定,造成柱塞泵的排量与变化中的配注量很难合理匹配,所以采用打回流的方式进行调节,这样就使得站内水质变差并造成电能浪费,从而降低了注水系统效率;


2)柱塞泵的排量与电源电流频率成正比,柱塞泵采用变频调速时,可随注水参数的变化,进行无级调节,达到节电的目的;


3)设备机械磨损大,噪声分贝增加,工人现场操作频繁,造成柱塞泵大修周期缩短。


2高压增注泵工作原理及变频节能原理


2.1高压增汽泵结构


油田采用高压泵厂产的zy系列增注泵,全称为卧式三柱塞单作用液力平衡式高压往复柱塞泵,其结构主要由动力端、液力端、传动部分、电器部分组成,目前油田使用2种规格增注泵,其技术参数如表1所示。


2.2工作原理


电动机通过传动部分带动曲轴转动,曲轴带动连杆、柱塞做往复运动,往复一次即完成吸入与排出过程;与此同时高压水通过压力平衡管进入和排出平衡腔达到平衡作用,增压泵工作时,进出口压力符合设计要求,则处于理想状态;如果进出口压力达不到设计要求,则需调整,使其达到80%以上平衡要求,以保证增压泵正常运转;由于增注泵采用三柱塞式往复结构,往复行程相位差接近120度,其效率可达80%82%左右,所以电动机运转速度越高,排量越大;反之可知,柱塞泵的排量与电源电流、频率成正比。


2.3电动机特性及变频器智能节能原理


根据异步电动机的工作原理n=60f1-s/p可知,电动机的转速与电源的频率成正比例关系。


变频智能控制系统是一项集现代先进电力、电子技术和计算机技术于一体的高效技术,它首先将交流电转换成直流电,再通过逆变器转换成频率和电压可变化的交流电。结合电机特性分析可知:均匀改变电机供电频率f,就可以平滑地改变电动机的转速,从而改变柱塞泵的转速。结合柱塞泵的原理,电动机转速降低,柱塞泵往复次数减少,电动机输入功率也随之减少。


柱塞泵往复次数减少,电机的轴功率相应减少,功耗也相应减少,即柱塞泵的排量与电源电流频率成正比,采用变频调速时,可随注水参数的变化进行无级调节,达到节电的目的。


3变频控制系统组成


变频器选用华为td2000通用型系列产品,其功率为22kw30kw两种,系统由华为td2000通用型变频器、鼠笼式异步电动机、耐震电接点压力表等组成,可以通过变频器功能板进行参数上下限设定。


4 td2000变频器使用效益分析


16井区共计增注泵7台,总电机功率为170kw,其中522kw电机,230kw电机;增压注水井18口,日注水465m3,占全区块注水量62%,从20087月装变频器至今使用良好,运行可靠。对于控制1口增注井的增注泵,水量调节可直接采用变频调节,并关闭所有增注系统回流闸门,频率和流量可实现无级调节;对于控制2口以上增注井的增注泵,水量调节采用变频调节后,通过调整单井管汇下流闸门来调节水量大小。


4.1投入前后的测试数据(见表2、表3


从测试数据来看,采用td2000变频器以后,单台节电45%左右,年节约用电28.18kwh,按电价0.6/kwh,则年节约用电16.9万元,投资回报周期为15个月,计算如下:变频器每台2.5万元,小计17.5万元,安装调试费小计3.5万元,合计21万元;则投资回报周期15个月。


5结论


通过探讨变频器在油田高压注水泵的节能应用,笔者得出了以下几点结论:①在使用变频器后,电动机可节电45%左右,系统电流下降40%,可减少配电装置容量;在油田中期注水可节约能源在40%以上,对电机小于30kw采用变频器调速节电比较明显;②变频器的使用有效降低了系统频率,设备机械磨损减少,大大降低了电动机的维修量;③变频器在油田注水泵中的节能效果明显,建议在电机调速系统中推广应用。



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