通過(guò)變頻節(jié)能改造可對(duì)石油系統(tǒng)的主要耗能設(shè)備：循環(huán)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、井架、提升系統(tǒng)。我們下面以油田注水系統(tǒng)，進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹：

一、引言

通過(guò)注水井向油層注水，是保證油層壓力，提油藏采油速度和采收率而被廣泛采用的一項(xiàng)重要開(kāi)發(fā)措施。在油田注水工程中，注水泵是滿(mǎn)足油田注水，保證地層壓力的源設(shè)備，為了保證較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)滿(mǎn)足油田注水需要，在設(shè)計(jì)上注水泵的容量選型一般都較，同時(shí)在實(shí)際生產(chǎn)中，日注水量又總是一個(gè)波動(dòng)較的參數(shù)。別是在壓注水系統(tǒng)中，馬拉小車(chē)的現(xiàn)象比較普遍，注水泵泵壓與注水管線(xiàn)干壓之間存在較的壓差，必須靠控制出口閥門(mén)來(lái)保證注水管網(wǎng)的注水壓力，這樣既造成量的電能被白白的消耗掉，同時(shí)又由于泵壓較對(duì)機(jī)泵的運(yùn)行也十分不利。變頻裝置依據(jù)注水管網(wǎng)需要的壓力進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，自動(dòng)調(diào)節(jié)注水量，既節(jié)約量的電能又降了機(jī)泵的損耗，對(duì)降油田生產(chǎn)運(yùn)行成本有著十分積的意義。

二、油田注水工藝概況

沈陽(yáng)油田現(xiàn)有注水站5座，共安裝壓注水泵16臺(tái)，總裝機(jī)容量23400KW，目前正常運(yùn)行4-5臺(tái)注水泵，運(yùn)行容量7900KW。為適應(yīng)注水量的變化，實(shí)現(xiàn)合理注水，需不斷調(diào)整注水泵的運(yùn)行方式。在沒(méi)有調(diào)速措施的情況下，只能通過(guò)開(kāi)泵臺(tái)數(shù)或人工調(diào)節(jié)閥門(mén)來(lái)控制流量，必然造成注水系統(tǒng)能耗增。以采油作業(yè)二區(qū)為例進(jìn)行分析：

采油作業(yè)二區(qū)的注水任務(wù)主要由沈二注水站與沈四注水站聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行共同承擔(dān)，聯(lián)網(wǎng)主干管線(xiàn)約8公里，總注水量在8200至9700方/日變動(dòng)，波動(dòng)幅度+15%、-20%。該管網(wǎng)中正常啟運(yùn)兩臺(tái)1800KW壓注水泵，注水排量分別為250m3/h(沈二注水站)和200m3/h(沈四注水站)，管網(wǎng)平均干壓為16.9MPa，泵壓為18.9MPa，存在2Mpa的壓差，注水量晝夜變化比較，原設(shè)備又只能定速運(yùn)行，所以只能靠調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)注水量的小，人為地改變了管網(wǎng)的阻力，增加了管網(wǎng)損耗，造成相當(dāng)?shù)囊徊糠掷速M(fèi)在閥門(mén)上，致使注水單耗居不下，不但不能夠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而且增加了工人的工作量，調(diào)節(jié)不及時(shí)還會(huì)造成管網(wǎng)壓力過(guò)或過(guò)，流量過(guò)或過(guò)小，影響生產(chǎn)工藝及設(shè)備的安全運(yùn)行，由此看來(lái)，如果給注水泵機(jī)組加裝變頻調(diào)速裝置，泵管壓差造成的損失就可以減小，甚至可能被。同時(shí)在變頻調(diào)速裝置的參與下，通過(guò)化仿真，根據(jù)原則運(yùn)行注水泵和調(diào)整注水管網(wǎng)的流量和壓力，盡可能減少配水間及井口節(jié)流損失，從而使整個(gè)注水系統(tǒng)在區(qū)運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能地目的。

三、注水系統(tǒng)進(jìn)行壓變頻改造方案

1、水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理

水泵工頻定速運(yùn)行時(shí)，為了保證管網(wǎng)壓力及流量，同時(shí)保證電機(jī)不過(guò)載，只能靠改變泵出口閥門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)泵的運(yùn)行。水泵經(jīng)關(guān)閥調(diào)節(jié)，在小流量、揚(yáng)程(與原工況相對(duì)比)的工況下運(yùn)行，泵管壓差增，單耗增。如圖一所示。假設(shè)水泵原來(lái)在工況點(diǎn)B運(yùn)行時(shí)，出口閥門(mén)處于全開(kāi)狀態(tài)，出水流量為QB，揚(yáng)程為HB，如果想減少注水量，下降為QA，水泵在沒(méi)有安裝任何調(diào)整裝置的情況下，只能通過(guò)關(guān)閥調(diào)節(jié)使出水量保持在QA，那么就有QA×(HA-HB)的功損失在出口閥門(mén)上，這樣，不僅浪費(fèi)了量電能，而且出口閥門(mén)長(zhǎng)期在水流沖擊作用下故障增多，壽命縮短。

如圖二所示為泵的典型的工作曲線(xiàn)，AB是泵的性能曲線(xiàn)，與額定系統(tǒng)壓力曲線(xiàn)QB相匹配，在B點(diǎn)可以得到額定壓力下的額定流量，在該點(diǎn)泵有的效率，關(guān)閉閥門(mén)可控制流量，當(dāng)流量減小時(shí)，泵分別工作在P、Q、R、S點(diǎn)，此時(shí)泵需要在很的壓差下工作，因此泵的的輸出比實(shí)際系統(tǒng)需要多得多，多余的在閥上表現(xiàn)為熱量損耗，并被液體流動(dòng)時(shí)帶走。用泵的輸出除以泵的效率，可以求得對(duì)泵的總輸入。用調(diào)節(jié)閥控制減小流量，損失相當(dāng)。利用變頻器調(diào)速，使電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵在可變速情況下工作，要使得泵的性曲線(xiàn)與系統(tǒng)在任何流量條件下的需要相匹配，流量與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，產(chǎn)生的壓差與速度的平方成正比，因此可得一組性曲線(xiàn)，如圖三所示，無(wú)級(jí)變頻調(diào)速可得到AB～CD無(wú)數(shù)條水泵性曲線(xiàn)，管路性曲線(xiàn)與ABDC形成的陰影帶任何一個(gè)交點(diǎn)，都可作為工況點(diǎn)與外網(wǎng)水量變化相適應(yīng)，在較小的揚(yáng)程下達(dá)到P、Q、R、S點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流量，而且只損失很少的，其節(jié)能相當(dāng)可觀。

2、設(shè)備改造及運(yùn)行情況

經(jīng)過(guò)我方多次論證，根據(jù)采油作業(yè)二區(qū)注水系統(tǒng)運(yùn)行及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，決定在沈四注水站1800KW注水電機(jī)上采用利德華福公司生產(chǎn)的HARSVERT-A06/220壓功率變頻器，該設(shè)備有如下點(diǎn)：

全中文WINDOWS操作界面，彩色液晶觸摸屏;

輸入功率因數(shù)，電流諧波少，無(wú)須功率因數(shù)補(bǔ)償/諧波抑制裝置;

輸出階梯正弦PWM波形，無(wú)須輸出濾波裝置，對(duì)電纜、電機(jī)絕緣無(wú)損害，電機(jī)諧波少，減少軸承、葉片的機(jī)械振動(dòng)，輸出線(xiàn)可以長(zhǎng)達(dá)1000米;

功率電路模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)簡(jiǎn)單;

壓主回路與控制器之間為光纖連接，安全可靠;

完整的故障監(jiān)測(cè)電路、的故障報(bào)警保護(hù);

內(nèi)置PLC，易于改變控制邏輯關(guān)系，適應(yīng)多變的現(xiàn)場(chǎng)需要;

可靈活選擇現(xiàn)場(chǎng)控制/遠(yuǎn)程控制;

可接受和輸出0～10V/4～20mA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào);

可根據(jù)用戶(hù)需要內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器;

完整的通用變頻器參數(shù)設(shè)定功能;

率(>96%)

A06/220壓變頻調(diào)速裝置各種保護(hù)功能齊全，備直流母線(xiàn)過(guò)欠壓，功率單元驅(qū)動(dòng)故障，變壓器溫度報(bào)警及UPS掉電，柜門(mén)非法打開(kāi)等輕重故障報(bào)警，尤其備流量及壓力上下限報(bào)警功能，可以有效避免流量過(guò)時(shí)水泵發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，保證的設(shè)備的安全運(yùn)行。利用該設(shè)備的工控機(jī)界面，可以非常直觀的觀測(cè)到變頻器的輸入輸出電壓和電流波形、同時(shí)還可實(shí)時(shí)采集到注水泵的注水量、耗電量、實(shí)際管網(wǎng)壓力的瞬時(shí)變化和累計(jì)數(shù)據(jù)，便于現(xiàn)場(chǎng)工作人員進(jìn)行節(jié)能分析和管理。