潘永偉（大慶油田有限責(zé)任公司第九采油廠）

某礦注水站綜合耗電占全礦總耗電的23%，其中注水泵又是其工藝環(huán)節(jié)中的高耗能節(jié)點(diǎn)，因如何保證注水效率的同時降低注水泵能耗是目前面臨的主要問題。

1 注水站現(xiàn)狀及存在的主要問題

目前某礦注水系統(tǒng)運(yùn)行單耗平均在6.0 kWh/m3以上，運(yùn)行泵效在80%以下，且單耗呈升高趨勢，泵效呈下降趨勢，急需進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，注水泵單耗變化曲線見圖1，注水泵泵效變化曲線見圖2。

圖1 注水泵單耗變化曲線

圖2 注水泵泵效變化曲線

1.1 能耗升高的原因分析

1.1.1 泵管壓差

泵管壓差過高說明注水泵能力大于管網(wǎng)注入能力[1]。離心泵沒有更好地發(fā)揮其功能，注水泵所提供的壓能大于注水管網(wǎng)所需的能量，就會有一部分能量白白消耗在出口閥門上，出口閥門的截流損失大，注水單耗相對就大，耗費(fèi)電能。泵管壓差高對節(jié)能來說影響了系統(tǒng)效率，造成浪費(fèi)。

根據(jù)注水泵泵管壓差可以看出泵管壓差處于一個比較高的水平，泵管壓差高的原因主要是管網(wǎng)的污油和垢堵塞現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致管網(wǎng)的管徑變窄，致使管路管網(wǎng)磨阻加大，造成管網(wǎng)的壓力嚴(yán)重變化。泵特性曲線與管路特性曲線[2]不匹配，泵出口壓力偏高。屬于供過于求的狀態(tài)。需要制定措施進(jìn)行治理。

1.1.2 機(jī)泵磨損

A 站機(jī)泵運(yùn)行參數(shù)情況見表1。機(jī)泵的泵效低的原因主要是：機(jī)泵運(yùn)行時出口閥門調(diào)節(jié)不當(dāng)，電流較低，導(dǎo)致效率較低。

表1 機(jī)泵運(yùn)行參數(shù)情況

2 治理方案

針對單耗高的治理方案是優(yōu)化設(shè)備，降低泵管壓差，研究機(jī)泵減級[3]和涂膜技術(shù)[4]。針對機(jī)泵的泵效低的治理方案需要進(jìn)行參數(shù)摸索實驗。A 礦通過節(jié)點(diǎn)能耗分析，量化注水泵的能耗分布，充分挖掘節(jié)能潛力，確定了“三優(yōu)一低”的節(jié)能優(yōu)化原則，即“管網(wǎng)壓差最優(yōu)、運(yùn)行參數(shù)最優(yōu)、注水效率最優(yōu)、運(yùn)行能耗最低” ，同時積極開展減級、涂膜、單泵運(yùn)行調(diào)整和雙泵運(yùn)行調(diào)整節(jié)能工作[5]。

3 治理措施及應(yīng)用

3.1 注水泵減級措施

根據(jù)管網(wǎng)壓力以及泵管壓差可以判斷是否實際水量供過于求還是壓力供過于求，可適當(dāng)?shù)赝ㄟ^減級來解決。根據(jù)葉輪減級降低泵揚(yáng)程[6]，縮小泵管壓差的理論依據(jù)，對A 站1#泵進(jìn)行減級，節(jié)能效果顯著，確定了減級的可行性，注水泵執(zhí)行減級措施見表2，注水泵減級前后指標(biāo)對比見表3。

3.2 注水泵涂膜措施

注水泵涂膜技術(shù)適用范圍[7]：運(yùn)行年限較長；注水泵效偏低，腐蝕磨損嚴(yán)重；注水單耗偏高的注水泵，對某礦8 臺注水泵進(jìn)行了調(diào)查，某礦注水泵相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計見表4。發(fā)現(xiàn)A 站其中一臺注水泵泵效僅為71.4%，單耗為6.05 kWh/m3符合上述涂膜條件，對2#注水泵涂膜后，經(jīng)測算，注水泵單耗為5.90 kWh/m3，泵效提高到73.8%，節(jié)能效果明顯。涂膜前后見圖3～圖4，涂膜后節(jié)能效果明顯。

圖3 涂膜前

圖4 涂膜后

涂膜技術(shù)核心：增加葉輪表面光滑度；提高機(jī)泵內(nèi)液體流速；降低泵內(nèi)的摩擦系數(shù)氟樹脂不易破損脫落[8]；降低能量損失，減少功率損耗，增強(qiáng)抗腐蝕性，降低輸液單耗。

對于注水泵涂膜建議如下：調(diào)整“最優(yōu)參數(shù)”調(diào)整機(jī)泵運(yùn)行參數(shù)，保證其達(dá)到運(yùn)行工況；為了確保效果可持續(xù)性，可保證2 年周期并及時更新涂層；定期“拆泵檢查”確保機(jī)泵涂膜效果。

表2 注水泵執(zhí)行減級措施

表3 注水泵減級前后指標(biāo)對比

表4 某礦注水泵相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計

3.3 注水機(jī)泵的個性化調(diào)整方案

2016年對某礦現(xiàn)有的三座注水站進(jìn)行調(diào)研，其中采用單泵運(yùn)行的為B 站、C 站、采用雙泵并行的為A 站，根據(jù)注水泵運(yùn)行模式，制定了針對單泵和雙泵運(yùn)行兩種個性化參數(shù)調(diào)整方案，某礦單泵和雙泵運(yùn)行參數(shù)見表5。

表5 某礦單泵和雙泵運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計

單泵運(yùn)行的調(diào)整方案：優(yōu)選最佳參數(shù)，確定工況區(qū)域，拓展應(yīng)用范圍。

雙泵并行的調(diào)整方案：優(yōu)選最佳組合，確定調(diào)整方向，保證運(yùn)行平穩(wěn)。

3.3.1 單泵運(yùn)行參數(shù)調(diào)整

通過逐漸提高出口水量，確定最佳排量，使注水泵電流控制在合理區(qū)運(yùn)行，以降低泵管壓差和注水單耗。進(jìn)行流量調(diào)整，將注水泵排量由323 m3/h逐漸提高到355 m3/h，泵管壓差降低了0.74 MPa，單耗降低了0.05 kWh/m3。某礦B 站2#單泵運(yùn)行參數(shù)調(diào)整情況見表6。

對C 站開展注水泵參數(shù)選取試驗。試驗期間對在運(yùn)注水泵，以5 A 電流為梯度逐級進(jìn)行逐次調(diào)節(jié)，讓排量逐步上升，觀察記錄注水泵的運(yùn)行情況。確定最佳工況區(qū)域是流量340～355 m3/h運(yùn)行。

3.3.2 雙泵并行參數(shù)調(diào)整

A 站的設(shè)計能力是1.32×104m3/d，根據(jù)上游污水來水水量的要求，需要對某礦A 站注水泵優(yōu)選組合方案見表7。

根據(jù)出口水量選取一大泵一小泵組合的運(yùn)行方式，兩臺不同型號的注水泵并列運(yùn)行時，由于雙泵的出口排量如果控制不當(dāng)會出現(xiàn)互相憋壓的現(xiàn)象[9]，造成兩臺泵單耗較高，最高時單耗超標(biāo)0.16 kWh/m3，帶來能源的浪費(fèi)。

根據(jù)雙泵運(yùn)行情況，制定兩種調(diào)整方案，優(yōu)先進(jìn)行方案一“先大后小”調(diào)整，A 站方案一調(diào)整情況見表8。

按照方案一進(jìn)行調(diào)整后，大泵的運(yùn)行指標(biāo)能夠滿足要求，但是小泵的運(yùn)行狀況不佳，泵管壓差達(dá)到2.0 MPa以上。

根據(jù)上述問題再進(jìn)行方案二“先小后大”調(diào)整順序，A站方案二調(diào)整情況見表9。

通過進(jìn)行方案二的調(diào)整，控制好出口排量，確定最佳外輸量，使兩臺注水泵電流控制在合理區(qū)運(yùn)行，調(diào)整在最優(yōu)高效區(qū)內(nèi)運(yùn)行[10]，降低了泵管壓差和注水單耗。保證了兩臺注水泵的泵管壓差同時在0.5 MPa左右，保證做到不憋壞大泵，不損壞小泵。

表7 某礦A站注水泵優(yōu)選組合方案

表8 A站方案一調(diào)整情況

表9 A站方案二調(diào)整情況

4 效果評價

1）注水泵減級改造降壓后，泵管壓差下降了0.9 MPa，平均注水單耗由5.98 kWh/m3下降到5.77 kWh/m3，下降了0.21 kWh/m3。

2） 注水泵涂膜后的效果注水泵單耗由6.05 kWh/m3下降到5.90 kWh/m3，注水泵效由71.4%上升到73.8%。

3）A 礦針對現(xiàn)行注水泵的運(yùn)行狀況，采用“一泵一參數(shù)，雙泵同調(diào)整”的節(jié)能優(yōu)化思路，同時確定執(zhí)行適用于A 礦單泵調(diào)整的最佳調(diào)整范圍及雙泵并行調(diào)整的最佳調(diào)整方式，在上游污水來水量不變前提下平均每月可節(jié)省耗電10×104kWh，全年累計節(jié)電120×104kWh。

5 結(jié)論

1）節(jié)能技術(shù)評價及建議。注水泵減級技術(shù)能夠有效緩解供求矛盾；有效緩解泵管壓差；措施成本低見效快；生產(chǎn)單位自行調(diào)整。注水泵涂膜技術(shù)能夠有效提高機(jī)泵運(yùn)行效率；有效延長機(jī)泵使用壽命；效果與涂膜厚度和光潔度以及泵內(nèi)元件間隙有關(guān)，同時需要調(diào)整運(yùn)行參數(shù)調(diào)整泵礦來配合提高涂膜泵運(yùn)行效果。

2）節(jié)能方法優(yōu)選建議。注水泵減級技術(shù)措施成本、維護(hù)成本較低，適用于泵管壓差在1.3～1.5 MPa注水泵。注水泵涂膜技術(shù)成本較高，適用于技術(shù)要求較高，由于年久老化造成泵效下降的注水泵。

3）參數(shù)調(diào)整評價及建議。單泵參數(shù)調(diào)整建議運(yùn)用現(xiàn)場試驗法結(jié)合泵特性曲線，通過優(yōu)化參數(shù)來滿足生產(chǎn)需求。雙泵參數(shù)調(diào)整建議優(yōu)先調(diào)整實際排量較低，泵效單耗未滿足指標(biāo)的機(jī)泵。