楊琦

衛(wèi)城油礦大型離心泵站節(jié)能技術(shù)

鹿桂華1楊琦1夏魯2楊文剛3

1中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）水資源與環(huán)境學(xué)院2中原油田采油三廠3中海油氣電集團(tuán)技術(shù)研究中心

衛(wèi)城油礦不僅有大型離心注水泵站，而且還有高進(jìn)高出增注泵站和低進(jìn)高出單體增注泵，地面注水工藝比較復(fù)雜，油區(qū)注水系統(tǒng)效率為45.54%。在離心注水系統(tǒng)能量損失中，因泵效低而損失的能量最多，占總能量的60%左右。實(shí)施離心注水泵站技術(shù)改造措施，當(dāng)注水泵站的供水量較平穩(wěn)時(shí)，可考慮采用高效匹配的離心注水大泵節(jié)能改造技術(shù)；當(dāng)注水泵站的供水量變化幅度較大時(shí)，優(yōu)先采用大小注水泵搭配節(jié)能改造技術(shù)。根據(jù)上述研究結(jié)果，對(duì)衛(wèi)城油礦離心泵站進(jìn)行了節(jié)能改造，拆除1臺(tái)DF250泵，新上1臺(tái)DF400—150×11注水泵及水冷電機(jī)，采用降壓?jiǎn)?dòng)，實(shí)現(xiàn)年節(jié)約電費(fèi)220萬(wàn)元。

離心注水泵站；注水；特性曲線；變頻調(diào)速

中原油田衛(wèi)城油礦建有1座大型離心注水泵站，有3臺(tái)DF250水泵、31座計(jì)量配水站、12座高壓增注站，正常開水井125口左右，實(shí)際注水量為8300m3/d，注水水源為處理后的凈化污水。

衛(wèi)城油礦不僅有大型離心注水泵站，而且還有高進(jìn)高出增注泵站和低進(jìn)高出單體增注泵，地面注水工藝比較復(fù)雜，油區(qū)注水系統(tǒng)效率為45.54%，達(dá)到國(guó)家二級(jí)水平，其中離心注水泵站能耗約占系統(tǒng)總能耗的65%。因此，開發(fā)降低注水泵站能耗技術(shù)，可以有效地提高地面注水系統(tǒng)的效率并降低能耗。

1 離心泵站節(jié)能技術(shù)

1.1 離心注水泵的特性

國(guó)內(nèi)油田常用離心注水泵的增壓值為11～21MPa，可以通過增減葉輪級(jí)數(shù)來改變泵的總揚(yáng)程，根據(jù)DF250—150×11型離心泵性能參數(shù)可做出DF250—150×11離心泵的特性曲線。

離心注水泵越偏離額定排量，泵出口壓力越高，出口電動(dòng)閥節(jié)流越嚴(yán)重，泵效越低。遠(yuǎn)離注水泵的高效區(qū)，注水用電單耗越大。注水泵排量由250m3/h下降到140m3/h時(shí)，注水用電由單耗7kW·h/m3上升到10kW·h/m3，注水用電單耗增加了三分之一。

從離心泵的特性曲線可以看出，高效段為0.8QN≤Q≤1.2QN。當(dāng)泵實(shí)際排量小于額定排量的80%時(shí)，注水泵的運(yùn)行效率偏離額定效率較遠(yuǎn)，泵效下降幅度較大。DF120、DF140、DF200、DF300、DF400等注水泵的h—Q性能曲線變化規(guī)律與DF250注水泵相似。目前多采用H.H.Anderson的泵效估算公式，國(guó)內(nèi)注水泵運(yùn)行效率效率公式為

1.2 離心注水泵運(yùn)行效率低的原因

在離心注水系統(tǒng)能量損失中，因泵效低而損失的能量最多，占總能量的60%左右。因此，如何提高注水泵效，對(duì)泵站節(jié)能具有重要意義，泵效低主要原因有以下幾個(gè)方面：

（1）泵銘牌效率。注水泵銘牌效率低主要是泵葉水力模型落后，擴(kuò)散管和擴(kuò)散管到返導(dǎo)葉過渡段的幾何形狀及制造質(zhì)量較差，對(duì)已建注水泵采用打光葉輪、改造流道等技術(shù)措施可提高泵效。理論和實(shí)踐均表明：泵的比轉(zhuǎn)數(shù)越大，過流面積大，阻力小，泵效也越高。在保證泵壓的前提下，應(yīng)盡量選擇較大排量，較高比轉(zhuǎn)數(shù)的注水泵。

（2）泵的運(yùn)行效率。通常離心注水泵運(yùn)行效率應(yīng)大于75%，往復(fù)泵應(yīng)大于80%。衛(wèi)城油礦離心注水泵效率在55%～70%之間，泵效低的原因是由于大部分油田采用滾動(dòng)開發(fā)，設(shè)計(jì)注水泵時(shí)通常選用流量偏大的大泵，多余的排量采用出口閥門節(jié)流的方法，泵運(yùn)行偏離高效區(qū)，造成大馬拉小車的現(xiàn)象。

2 離心泵站節(jié)能方案及比選

2.1 采用大排量高效的注水泵

衛(wèi)城油礦注水站日均供水量約8300m3，改造方案考慮拆除1臺(tái)DF250—150×11注水泵及電機(jī)，新安裝1臺(tái)DF400—150×11注水泵及配套電機(jī)。采用降壓?jiǎn)?dòng)，確保電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行。

2臺(tái)DF250—150×11注水泵并聯(lián)工作，當(dāng)注水量346m3/h時(shí)，泵運(yùn)行偏離高效區(qū)，由特性曲線可得單泵理論泵效為64.8%，電機(jī)輸出功率為1371kW，電機(jī)輸入功率為

年節(jié)約電量：（1439×2-2280）×24×330= 474×104（kW·h），年可節(jié)約電費(fèi)237萬(wàn)元。

2.2 大小注水泵并聯(lián)運(yùn)行

改造方案考慮拆除1臺(tái)DF250泵，利用原泵的基礎(chǔ)位置新安裝1臺(tái)DF140—150×12，正常生產(chǎn)時(shí)1臺(tái)DF250—150×11和1臺(tái)DF140—150×12并聯(lián)運(yùn)行，兩臺(tái)泵的特性方程分別見式（2）、式（3）。把Q=346m3/h代入式（4），得H=1952-1.23×10-3×345.52=1803（m）。

把H=1803m代入DF250—150×11與DF140—150×12工作特性方程公式，得注水泵的排量為

把H=1803m代入DF250—150×11與 DF140—150×12高效段的效率方程公式，得DF250泵效為72.6%，軸功率為1494kW；DF140泵效為72.1%，軸功率為814kW。

DF250—150×11注水泵電機(jī)的輸入功率為1566kW，DF140—150×12注水泵電機(jī)的輸入功率為867.4kW。

2臺(tái)并聯(lián)泵的輸入功率為2433.4kW，改造后年節(jié)約電量：（2×1439—2433）×24×360= 298×104（kW·h），折合電費(fèi)149萬(wàn)元。

2.3 注水泵采用變頻調(diào)速技術(shù)

改造方案考慮注水站內(nèi)2臺(tái)DF250—150×11并聯(lián)工作，其中1臺(tái)泵定速運(yùn)行，另1臺(tái)泵變頻調(diào)速，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。把相似定律應(yīng)用于以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行的同一臺(tái)葉片泵，得出不同轉(zhuǎn)速注水泵的特性參數(shù)變化規(guī)律為

2臺(tái)注水泵的轉(zhuǎn)速均為2985r/min，分水器壓力設(shè)為17.5MPa，1臺(tái)定速運(yùn)行，另1臺(tái)調(diào)速運(yùn)行，定速泵運(yùn)行時(shí)排量217m3/h，泵效率為73.6%，軸功率為1441kW，則定速泵的輸入功率為

經(jīng)計(jì)算，定速泵的輸入功率為1512kW。調(diào)速泵的運(yùn)行排量為130m3/h，轉(zhuǎn)速為2923r/min，泵效69%，調(diào)速泵的輸入功率為1092kW，年節(jié)約電量231×104kW·h，折合電費(fèi)105萬(wàn)元。

2.4 方案比選

衛(wèi)城油礦離心泵站節(jié)能改造3個(gè)方案對(duì)比見表1。從表1可以看出，離心注水泵站節(jié)能技術(shù)改造3個(gè)方案中，采用高效匹配的離心注水大泵節(jié)能改造技術(shù)，節(jié)能效果較好，投資稍高；采用大小注水泵搭配節(jié)能改造技術(shù)，投資回收期間較短；采用變頻調(diào)速技術(shù)，投資最高，節(jié)能效果較差。

表1 節(jié)能方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

3 結(jié)論

實(shí)施離心注水泵站技術(shù)改造措施，當(dāng)注水泵站的供水量較平穩(wěn)時(shí)，可考慮采用高效匹配的離心注水大泵節(jié)能改造技術(shù)；當(dāng)注水泵站的供水量變化幅度較大時(shí)，優(yōu)先采用大小注水泵搭配節(jié)能改造技術(shù)。根據(jù)上述研究結(jié)果，對(duì)衛(wèi)城油礦離心泵站進(jìn)行了節(jié)能改造，拆除1臺(tái)DF250泵，新上1臺(tái)DF400—150×11注水泵及水冷電機(jī)，采用降壓?jiǎn)?dòng)，實(shí)現(xiàn)年節(jié)約電費(fèi)220萬(wàn)元。

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.012