劉 濤

（長慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川 750006）

0 引言

離心泵作為喂水、供水、輸油系統(tǒng)中的重要設(shè)備，按全生命周期計算離心泵運行成本占總成本的65%～80%，由于工藝設(shè)備匹配性差、部分選型過大導(dǎo)致“大馬拉小車”、出口節(jié)流回流損失、以及輸送介質(zhì)腐蝕結(jié)垢等因素影響，造成離心泵未在高效區(qū)間運行，運行成本居高不下。采油三廠積極應(yīng)用節(jié)能降耗技術(shù)，優(yōu)化離心泵運行參數(shù)，有效提高離心泵機組運行效率，大幅降低離心泵用電能耗，對實現(xiàn)油田設(shè)備精益管理具有重要意義。

1 采油三廠離心泵運行現(xiàn)狀

采油三廠共有各類集輸站點362 座，其中聯(lián)合站14 座，接轉(zhuǎn)站46 座，增壓點227 座，脫水站16 座，計量站52 座。共有各類離心輸油泵260 臺（總功率為18 289 kW），離心供水泵62臺（總功率9284 kW），單級離心泵1112 臺（總功率4509 kW）。

離心泵運行成本較高的主要原因有4 個方面：①現(xiàn)場工況和離心泵額定參數(shù)匹配性差，通過出口閘門調(diào)節(jié)排量造成憋壓，造成離心泵運行過程能耗損失大；②泵體老化，檢修多次導(dǎo)致泵體內(nèi)部葉輪、導(dǎo)葉裝配間隙過大，軸向、徑向偏磨，運行參數(shù)達不到額定參數(shù)，泵效較低；③設(shè)備選型與輸送介質(zhì)適應(yīng)性差，主要體現(xiàn)在輸送采出水和含氧量高的介質(zhì)，對葉輪和泵軸等配件的腐蝕，造成離心泵檢修頻繁；④離心泵配套的電機屬于高耗能落后機電設(shè)備，電機能耗高。

研究節(jié)能措施，應(yīng)用先進技術(shù)和配套高效設(shè)備，提高離心泵系統(tǒng)綜合效率，對實現(xiàn)油田設(shè)備精益管理具有重要意義。

2 離心泵節(jié)能降耗技術(shù)應(yīng)用

按照離心泵設(shè)備全生命周期管理計算，總成本=采購成本+運行成本+維護成本+管理成本。其中，采購成本一般占總成本的5%～15%；運行成本一般占總成本的65%～80%（主要節(jié)能環(huán)節(jié)）；維護成本一般占總成本的10%～15%（主要節(jié)約環(huán)節(jié)）；管理成本一般占總成本的1%～3%（節(jié)約環(huán)節(jié)）。

實現(xiàn)離心泵設(shè)備全生命周期經(jīng)濟運行，首先要實現(xiàn)運行成本最優(yōu)，才能保證離心泵設(shè)備在整個全生命周期內(nèi)高效運行。

2.1 節(jié)能高效離心泵的應(yīng)用

在原離心泵基礎(chǔ)上，加裝自平衡系統(tǒng)和軸向間隙調(diào)整系統(tǒng)，更換和現(xiàn)場工況相吻合的三元流葉輪導(dǎo)葉，易損件通過設(shè)計改進和材料改進，設(shè)備運行條件完全和現(xiàn)場設(shè)備運行工況相吻合，水力性能、機械性能、維護周期和使用壽命遠優(yōu)于原泵，能效水平相對于原泵可提高10%以上。

采油三廠通過對原有離心泵進行升級改造，同時根據(jù)現(xiàn)場實際運行參數(shù)需求，合理設(shè)計離心泵參數(shù)，保證各項參數(shù)達到最優(yōu)，從表1 中可以看出5 臺離心泵的平均節(jié)電率達到30.77%。

2.2 高耗能離心泵電機更換

高效電機的定義：高效電機指達到或優(yōu)于《中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》（GB 18613—2012）標(biāo)準(zhǔn)中節(jié)能評價值的電機。高效電機通過降低電動機定子繞組電阻損失、電動機轉(zhuǎn)子繞組電阻損失、電動機鐵耗損失、電動機雜散損失、電動機摩擦損失及流動損失，提高電動機效率。目前廣泛應(yīng)用的Y系列電動機效率平均值為87.3%；高效電動機的效率平均值為90.3%，超高效電動機其效率平均值為91.7%。

采油三廠通過對7 臺Y 系列離心泵電機（總功率為1342 kW）更換為2 級的高效節(jié)能電機后，有效提高了離心泵電機效率。更換后電機效率提高3%，按照平均負載率80%，利用率0.7 計算，每年可節(jié)約電量=1342×24×365×3%×80%×0.7=19.74 萬kW·h，年節(jié)約電費=19.74×0.64=12.64 萬元。

表1 離心泵改造前后數(shù)據(jù)對比

表2 離心泵5 級改4 級前后數(shù)據(jù)對比

2.3 離心泵常規(guī)調(diào)節(jié)方式

2.3.1 葉輪外徑切割

利用切割葉輪的方法改變離心泵特性時，葉輪外圓切割量不能太大，否則會引起泵效降低過多，最大切割量與比轉(zhuǎn)速有關(guān)，比轉(zhuǎn)速越大，允許的切割量越小。離心泵葉輪直徑切割變小后，對應(yīng)的流量、揚程、軸功率都表小，同時改變了泵的曲線。一般推薦葉輪直徑3%以下的切割量，超過了此切割量，葉輪外徑和導(dǎo)葉之間的空間加大會產(chǎn)生渦流，使泵的效率大幅降低，并且會加大不平衡的軸向和徑向力，引起泵的振動。

2.3.2 離心泵抽級

離心泵在揚程過高且流量適當(dāng)?shù)那闆r下，要實現(xiàn)節(jié)能可通過減少葉輪級數(shù)，降低泵的揚程來實現(xiàn)。抽級改造就是去掉富余揚程的葉輪，通過減少葉輪級數(shù)，降低泵的揚程來實現(xiàn)，從而有效達到了節(jié)能的目的。

根據(jù)現(xiàn)場實際運行參數(shù)需求，對原有離心泵葉輪進行抽級，保證各項參數(shù)達到最優(yōu)，從表2 中可以看出離心泵由5 級抽級為4 級，日節(jié)電率下降40.8%，節(jié)電效果明顯。

2.3.3 變頻調(diào)節(jié)

用改變電機頻率的方式降低泵轉(zhuǎn)數(shù)，而達到節(jié)能降耗的目的，但是流量和轉(zhuǎn)數(shù)是倍率關(guān)系見式1，揚程是轉(zhuǎn)數(shù)平方的關(guān)系見式2，軸功率是轉(zhuǎn)速立方的關(guān)系見式3。

式中：Q2、H2、P2、n2為調(diào)速后的實際流量、揚程、軸功率、轉(zhuǎn)速；Q1、H1、P1、n1為額定流量、揚程、軸功率、轉(zhuǎn)速。

從表3 中可以看到，30 Hz 運行電流下降73%，25 Hz 運行電流下降82%，20 Hz 運行電流下降88%，可以看到通過變頻器調(diào)節(jié)節(jié)電效果明顯。

同時在對單級離心泵熱水循環(huán)泵加裝變頻器降低轉(zhuǎn)速運行的同時，在滿足現(xiàn)場正常換熱需求的同時，降低了電能損耗，降低了管線內(nèi)雜質(zhì)對換熱暖氣片的沖刷，降低了憋壓運行電機電流滿載造成的電機頻繁燒壞問題，降低了因憋壓造成的機封漏失問題，消除了憋壓運行的噪音，實現(xiàn)了換熱系統(tǒng)高效運行。

2.4 其他方式

針對部分站點介質(zhì)腐蝕、結(jié)垢嚴(yán)重，葉輪使用壽命短、頻繁檢修問題，引進納米涂層技術(shù)。離心泵葉輪易結(jié)垢問題，通過將泵葉輪進行防垢耐蝕納米涂層加工，經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用試驗，檢泵周期延長3 倍，單臺泵年可節(jié)約維修及材料費5.72 萬元；葉輪結(jié)構(gòu)情況得到有效解決，泵效提高。葉輪改造前后效果對比見表4，離心泵葉輪涂層處理前后效果如圖1 所示，為該項技術(shù)下一步擴大應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

表3 熱水循環(huán)泵不同頻率下運行電流測試數(shù)據(jù)

表4 葉輪改造前后效果對比

圖1 離心泵葉輪涂層處理前后效果

2.5 離心泵節(jié)電效果（表5）

表5 離心泵改造節(jié)能效果

采油三廠結(jié)合現(xiàn)場運行實際參數(shù)，通過離心泵葉輪抽級、葉輪切削、加裝變頻器，使用高效離心泵等技術(shù)，累計實現(xiàn)改造360 臺，節(jié)約電費1320 萬元，起到了良好的經(jīng)濟效率。

3 結(jié)束語

從設(shè)計者角度考慮，在設(shè)計之初需要將流量和揚程的裕量相應(yīng)的提升10%～15%，實現(xiàn)離心泵安全平穩(wěn)運行目標(biāo)，但弊端就是相應(yīng)地提升了離心泵的能量損耗，形成更大的經(jīng)濟浪費。所以作為設(shè)備管理人員需要結(jié)合現(xiàn)場實際參數(shù)和離心泵額定參數(shù)，選取最佳的離心泵改造方式，保證工藝設(shè)備匹配性，使離心泵在高效區(qū)間運行。