蔣松全（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

變頻器是一種使泵耗能更少，控制更精細(xì)，設(shè)備壽命更長的裝置，在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛[1]。目前，油田轉(zhuǎn)油站普遍根據(jù)實際采液量，采用變頻自動調(diào)整的方式控制輸油泵、摻水泵配用電動機的運行轉(zhuǎn)速來調(diào)整泵的輸液量。變頻自動調(diào)整雖然相對工頻節(jié)省一部分電能[2]，但在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，設(shè)備的實際運行情況可通過手動調(diào)整來實現(xiàn)頻器頻率的合理設(shè)置，從而進一步降低設(shè)備能耗，實現(xiàn)轉(zhuǎn)油站泵機組節(jié)能降耗的目的。

1 轉(zhuǎn)油站泵機組運行現(xiàn)狀

轉(zhuǎn)油站是接收各計量間來液場所，在進行油氣分離時，分離后的氣體進到下一個處理站，脫氣后的液量再外輸?shù)铰?lián)合站進一步處理，是油井采出液處理的中間環(huán)節(jié)。主要設(shè)備有加熱爐，分離器，緩沖罐，輸油泵，摻水泵等。耗電主要設(shè)備來自站內(nèi)外輸油泵、摻水泵，因此挖潛節(jié)電潛力主要是進一步優(yōu)化機泵運行模式。

1.1 輸油泵運行現(xiàn)狀

原油生產(chǎn)過程中的產(chǎn)液輸送過程，需要各種設(shè)備的協(xié)調(diào)配合，輸油泵機組的運行情況直按影響輸送的效率，對于電能也有很大消耗。

目前油田部分輸油泵電動機存在輸油泵與輸油管道特性不匹配的現(xiàn)象，這直接影響了輸液量與實際需求的適應(yīng)性。因此輸油泵電動機調(diào)速、高效率輸油挖潛余地大。在雙泵運行和三泵運行多種運行方式的情況下，為了避免輸油泵電動機超出額定電流造成電動機超負(fù)荷運行的情況發(fā)生，通常會控制輸油泵閥門出口的開度不超過10%，此情況將會消耗大量的電能用在閥門節(jié)流上，還會縮短輸油泵機組的維護周期?？梢?，將變頻調(diào)速技術(shù)合理的應(yīng)用到輸油泵機組上對節(jié)電有重要作用[3]。

1.2 摻水泵運行現(xiàn)狀

東北冬夏溫差高達(dá)40℃，在滿足平穩(wěn)集輸?shù)臈l件下，轉(zhuǎn)油站在冬季會加大摻水量，增加能耗[4]。同時，摻水泵在冬季的摻水能力與單井摻水量不匹配，也會造成摻水單耗偏高。因此冬季也有可挖潛余地。

另外在人工控制摻水泵出口閥門時，由于單井生產(chǎn)的不確定性，往往造成摻水過多使能量浪費，或摻水太少起不到良好的摻水效果，影響油井生產(chǎn)。通過閥門調(diào)節(jié)實現(xiàn)水量的控制，不僅工作量大，一旦人工調(diào)節(jié)不及時會導(dǎo)致系統(tǒng)壓力過高，使摻水管道穿孔。因季節(jié)的變化摻水量也不同，摻水泵的外輸量不能隨著需求量的變化而進行調(diào)整會造成能源的浪費，因此變頻器在摻水系統(tǒng)應(yīng)用起到很大作用，為了進一步挖潛，在站庫摻水系統(tǒng)采用變頻手動調(diào)整頻率的運行方式可減少能耗。

2 變頻器基本原理及精細(xì)調(diào)整方法

2.1 基本原理

離心泵工作時主要工況調(diào)節(jié)方式為調(diào)節(jié)流量，流量的調(diào)節(jié)方式主要包括出口閥開度調(diào)節(jié)和泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。采用出口閥開度調(diào)節(jié)流量，出口閥前后壓力形成壓降，造成節(jié)流損失，浪費大量能源。當(dāng)采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量時（出口閥全開），根據(jù)離心泵的基本原理，在管路特性不變的情況下，流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，避免了出口閥的節(jié)流損失，可節(jié)約大量能源[5]。

泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)有多種方式，其中變頻調(diào)速是最常用的方式。變頻調(diào)速系統(tǒng)由整流器、濾波器和逆變器三部分組成，首先將三相交流電整流為直流電，直流電經(jīng)濾波后，在微處理器控制下逆變?yōu)槿囝l率和電壓可調(diào)的交流電輸出給交流電動機，由于電動機轉(zhuǎn)速與交流電頻率成正比，通過改變變頻器輸出頻率即可調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速，進而調(diào)節(jié)離心泵轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)離心泵流量調(diào)節(jié)[6]。

2.2 精細(xì)調(diào)整方法

油田生產(chǎn)中，調(diào)整變頻器頻率的方式主要有兩種：自動調(diào)整和手動調(diào)整。自動調(diào)整是指利用自控技術(shù)，通過緩沖罐液位、輸送流量、干線壓力等被控參數(shù)信號由變送器轉(zhuǎn)換成直流信號送入PLC（可編程控制器），與設(shè)定信號比較，其差值模擬量輸送給變頻器，對機泵進行實時變頻控制，控制電動機轉(zhuǎn)速，改變泵輸出流量[7-8]。自動調(diào)整的控制模型一般在變頻器初始安裝時設(shè)定、調(diào)整完畢，隨著轉(zhuǎn)油站工藝調(diào)整或工況的變化，有時變頻器自動調(diào)整已不適應(yīng)轉(zhuǎn)油站運行工況，由于現(xiàn)場工作人員不具備調(diào)整PLC控制模型的能力，而且變頻器生產(chǎn)廠家眾多，有的已找不到售后技術(shù)人員進行調(diào)整，以上原因造成了部分電能的浪費。

手動調(diào)整是指通過人工調(diào)整變頻頻率，調(diào)整控制電動機轉(zhuǎn)速，改變泵輸出流量。手動調(diào)整根據(jù)轉(zhuǎn)油站及離心泵實際運行工況，可實現(xiàn)精細(xì)調(diào)整，與自動調(diào)整相比，離心泵運行更為平穩(wěn)、靈活，具有進一步的節(jié)電空間。

輸油泵變頻手動精細(xì)調(diào)整方法：變頻器從緩沖罐液位參數(shù)自動控制頻率改為按日平均來液量手動控制頻率；摻水泵變手動精細(xì)調(diào)整方法，變頻器從泵出口壓力參數(shù)自動控制頻率改為按總摻水量手動控制頻率。

離心泵變頻控制后的流量[9]計算公式為：

式中：Q為離心泵的額定流量，m3/h；Q1為變頻后的流量，m3/h；n為電動機工頻轉(zhuǎn)速，r/min；n1為電動機變頻轉(zhuǎn)速，r/min。

其中，電動機變頻轉(zhuǎn)速計算公式為：

式中：f為變頻器輸出頻率，Hz；p為電動機極對數(shù)。

3 轉(zhuǎn)油站泵機組變頻精細(xì)調(diào)整效果

3.1 輸油泵變頻精細(xì)調(diào)整節(jié)能效果

自動調(diào)整和手動調(diào)整二者相比，在站庫機泵外輸流量負(fù)荷不是處于滿負(fù)荷運行條件下，例如某570站現(xiàn)場變頻試驗運行效果[9-10]：

1）變頻器自動頻率運行24 h，由于用變頻自動運行，站內(nèi)緩沖罐液位需設(shè)定一定安全生產(chǎn)運行液位高度，當(dāng)來液超過設(shè)定高度時，自動變頻頻率就滿負(fù)荷運行達(dá)到近50 Hz，當(dāng)運行液位抽到低于緩沖罐設(shè)定高度時，外輸泵變頻頻率自動降低至最小控制頻率，這樣每天波動運行幅度大。某570站變頻器自動運行生產(chǎn)24 h，平均為40 Hz運行，24 h耗電為590 kWh。

2）變頻器自動改為手動調(diào)整頻率運行24 h，根據(jù)站庫來液負(fù)荷人為手動調(diào)整頻率，使變頻頻率在很小范圍波動，近似于穩(wěn)定頻率，24 h頻率值平均為30 Hz耗電為289 kWh，相對自動調(diào)整變頻多節(jié)約電301 kWh，手動調(diào)整由于調(diào)整頻率范圍波動不大，能保證外輸平穩(wěn)運行，自動調(diào)整存在頻率波動范圍大，因此手動調(diào)整較自動調(diào)整節(jié)電。

另外在某550站和某511站兩個轉(zhuǎn)油站進行現(xiàn)場試驗，變頻手動調(diào)整與自動調(diào)整在輸油泵應(yīng)用中的對比測試數(shù)據(jù)見表1：應(yīng)用變頻器自動調(diào)整時，輸油泵平均單耗為0.25 kWh/m3；應(yīng)用變頻器手動調(diào)整時，輸油泵平均單耗為0.17 kWh/m3，單耗下降了0.08 kWh/m3，即手動調(diào)整相對自動調(diào)整平均節(jié)電率降低30.66%。

表1 變頻手動調(diào)整與自動調(diào)整在輸油泵應(yīng)用中的對比測試數(shù)據(jù)Tab.1 Comparison test data of frequency conversion manual adjustment and automatic automatic application in oil transfer pump

全作業(yè)區(qū)共7個轉(zhuǎn)油站，日輸液量28 056 m3，如果單耗下降了0.08 kWh/m3，每天節(jié)電量為2 624 kWh，全年節(jié)電量95.776×104kWh。

3.2 摻水泵變頻精細(xì)調(diào)整節(jié)能效果

在某591站2#摻水泵進行現(xiàn)場試驗，摻水變頻初期人們認(rèn)為不節(jié)電而不被認(rèn)可，因為最初采取的定壓自動變頻運行存在很大弊端，定壓以后摻水排量隨壓力變化而變化，當(dāng)冬季管井工人開大單井摻水量，站內(nèi)壓力降低，由于設(shè)定壓力瞬間降低，摻水變頻頻率自動提高，摻水泵排量增大，耗電量上升；如果根據(jù)定量，手動調(diào)節(jié)頻率控制摻水量，就能保證摻水量波動范圍較小，耗電量穩(wěn)定，摻水泵挖潛余地更大了。運用變頻手動調(diào)整與自動調(diào)整進行對比，通過測試計算得到：應(yīng)用變頻器自動調(diào)整時，摻水泵平均單耗為0.57 kWh/m3；應(yīng)用變頻器手動調(diào)整時，摻水泵平均單耗為0.50 kWh/m3，單耗下降了0.07 kWh/m3，即手動調(diào)整相對自動調(diào)整平均節(jié)電率12.28%，某591站手動變頻與自動變頻在摻水泵應(yīng)用中的對比測度數(shù)據(jù)見表2。

表2 變頻手動調(diào)整與自動調(diào)整在摻水泵應(yīng)用中的對比測試數(shù)據(jù)Tab.2 Comparison test data of frequency conversion manual frequency conversion and automatic frequency conversion in the application of mixing pump

全作業(yè)區(qū)所轄11座轉(zhuǎn)油站摻水泵每天正常生產(chǎn)22臺，日摻水量52 800 m3，如果單耗下降了0.07 kWh/m3，每天節(jié)電量為3 630 kWh，全年節(jié)電量132.49×104kWh。

4 結(jié)論及認(rèn)識

1）通過輸油泵試驗，輸油泵應(yīng)用變頻手動調(diào)整較自動調(diào)整單耗下降0.08 kWh/m3，全作業(yè)區(qū)應(yīng)用可實現(xiàn)年節(jié)電95.776×104kWh。

2）通過摻水泵試驗，摻水泵應(yīng)用變頻手動調(diào)整較自動調(diào)整單耗下降0.07 kWh/m3，全作業(yè)區(qū)應(yīng)用可實現(xiàn)年節(jié)電132.49×104kWh。

3）現(xiàn)場生產(chǎn)中，根據(jù)各轉(zhuǎn)油站每臺泵的實際運行情況，及時進行變頻精細(xì)調(diào)整，可以挖掘節(jié)能潛力，降低集輸系統(tǒng)能耗。