注水泵變頻調(diào)速裝置使用方法探討

周忠軍 朱繼峰 周硯凱

（大港油田公司第四采油廠 天津 300280）

一、應(yīng)用變頻設(shè)備應(yīng)確定的三個(gè)原則

1、確定系統(tǒng)壓力的工作點(diǎn)

變頻裝置在注水系統(tǒng)中運(yùn)用，首先要確定一個(gè)工作點(diǎn)，即注水系統(tǒng)中的壓力穩(wěn)定點(diǎn)。這個(gè)壓力點(diǎn)如何設(shè)定？設(shè)定過高浪費(fèi)能量，設(shè)定過低完不成注水任務(wù)，應(yīng)在注水系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力下，根據(jù)各配注單井的實(shí)際情況，以能完成單井中壓力最高井的配注壓力為工作點(diǎn)，其他各井通過流量調(diào)節(jié)完成配注。這個(gè)工作點(diǎn)要圍繞著能完成壓力最高井的配注這個(gè)中心上下調(diào)節(jié)，以保證注水系統(tǒng)在最佳工作狀態(tài)下運(yùn)行。

例如：在變頻裝置投入前，板四注水站注水系統(tǒng)壓力為25Mpa左右，變頻裝置投入時(shí)壓力也設(shè)定在25Mpa，由于變頻的精確恒壓作用，發(fā)現(xiàn)每口井都需要調(diào)節(jié)流量，我們觀察板824-2井的壓力最高，隨即把系統(tǒng)壓力設(shè)定在24.1Mpa，也可完成該井配注，且進(jìn)口閘門也不需節(jié)流。這樣，設(shè)備運(yùn)行電流降低了5A可減少3kW的功率損耗。

其要點(diǎn)：這個(gè)工作點(diǎn)要隨著配注的變化而變化；注水壓力越低耗能越低；壓力分布不合理時(shí)可采取局部增壓的辦法降低總能耗。

2、確定注水泵的排量

采油四廠注水系統(tǒng)中使用的柱塞泵為容積式泵，其改變排量的方式為：更換不同直徑的柱塞、改變沖程、改變沖次。泵生產(chǎn)定型后沖程不可改變，只有更換不同直徑的柱塞和改變沖次兩種方式，現(xiàn)場最常用的是改變柱塞直徑的辦法。

即更換不同直徑的柱塞可得到不同的排量和泵所能打的最高壓力，柱塞直徑越大，泵輸出的排量越大，而所能輸出的壓力越小，因此，柱塞泵的排量只能形成單一的排量。

5ZB12/42柱塞泵的參數(shù)

1）柱塞泵的特點(diǎn)：

一臺泵的柱塞直徑確定了，泵的排量既確定了，而配注量與泵的排量是有差別的，泵的排量小于配注量完不成注水任務(wù)，大于配注量將打回流，從而造成電能的浪費(fèi)。變頻設(shè)備的投入使用可彌補(bǔ)其中的不足。通過三相交流電輸入頻率的改變，改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，改變柱塞泵的沖次，從而改變柱塞泵的排量，這樣，可以形成一定范圍的連續(xù)排量。只要配注量在變頻調(diào)節(jié)流量的范圍內(nèi)，就可消除打回流的現(xiàn)象。

2）計(jì)算變頻調(diào)節(jié)流量的范圍：

單臺泵注水變頻調(diào)節(jié)流量范圍的計(jì)算方法（近似計(jì)算值）：

頻率設(shè)定上限值＝理論排量×泵的效率

頻率設(shè)定下限值＝理論排量×泵的效率×（頻率調(diào)節(jié)下限頻率÷50）

多臺注水泵應(yīng)用變頻調(diào)節(jié)范圍 ：

頻率上限值＝注水泵總排量×泵的效率 ；

頻率下降值＝定量泵的排量＋變頻泵的排量×泵的效率×（頻率的調(diào)節(jié)下限頻率÷50）

例如：5ZB12/42Z柱塞泵選51毫米注塞時(shí)使用變頻的流量調(diào)節(jié)范圍：

上限645m3/天，下限 335m3/天。

運(yùn)行38mm和35mm泵的流量調(diào)節(jié)范圍：

上限590m3/天，下限 420m3/天。

3）根據(jù)配注進(jìn)行合理的機(jī)泵組合

板四注水站在變頻設(shè)備投入使用前，日配注是540 m3/天，運(yùn)轉(zhuǎn)的是兩臺五柱塞泵，柱塞直徑分別是35毫米、38毫米，合計(jì)排量是610 m3/天，泵效95%，實(shí)際排量590 m3/天。每天打回流40 m3，注水單耗9kWh/m3。投入變頻后，變頻控制3#泵(38毫米柱塞的泵)，變頻下限26Hz，流量調(diào)節(jié)范圍是590 m3/天至420 m3/天，消除了打回流現(xiàn)象，注水單耗下降至8.4kWh/m3，壓力24.1MPa，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。當(dāng)配注降至430 m3/天，運(yùn)轉(zhuǎn)2#、3#泵，頻率降至29Hz，運(yùn)行中我們發(fā)現(xiàn)，雖然也不打回流，注水單耗仍然很高，達(dá)9kWh/m3以上，選用45mm柱塞排出壓力也能達(dá)到要求，流量調(diào)節(jié)范圍為490-255 m3，我們及時(shí)把3#泵更換為45mm柱塞，這樣就只啟運(yùn)一臺3#泵，壓力設(shè)定為24.1Mpa，運(yùn)行頻率43-44hz，注水單耗降至 6.4kWh/m3。

3、確定機(jī)泵運(yùn)行的頻率

運(yùn)行機(jī)泵的排量確定后需計(jì)算出機(jī)泵運(yùn)行的基本頻率，機(jī)泵運(yùn)行的實(shí)際頻率要及時(shí)與確定的基本頻率進(jìn)行對比及時(shí)做好五驗(yàn)證工作。

在今年一季度配注降至110m3/天，板四注水站運(yùn)行的泵已經(jīng)是35mm柱塞（該型號注水泵所配備的最小柱塞），其流量調(diào)節(jié)范圍是280-150 m3/d，每天打回流40m3，只運(yùn)行幾天2#泵回流閘門就損壞，注水單耗達(dá)13kWh/m3，通過以下方法改進(jìn)有效降低了單耗。首先是對柱塞進(jìn)行了減級，即去掉了兩個(gè)柱塞的吸入閥片，使泵的兩個(gè)柱塞失效，這樣泵的流量調(diào)節(jié)范圍168-90 m3/d，但運(yùn)行時(shí)由于曲軸力矩不平衡很容易造成電路故障停機(jī)，試驗(yàn)不成功；通過測算將原來直徑33cm的皮帶輪更換為直徑19cm的皮帶輪，加工費(fèi)用只需900元左右，在實(shí)施過程中又克服了皮帶輪與電機(jī)軸的配合間隙的問題，通過運(yùn)行試驗(yàn)消除了打回流的現(xiàn)象，系統(tǒng)壓力平穩(wěn)，運(yùn)行頻率30hz左右，變頻流量調(diào)節(jié)范圍160-83 m3/d，注水單耗降至8.8kWh/m3左右，通過三個(gè)多月的運(yùn)行，減少電費(fèi)支出1萬余元，試驗(yàn)獲得了較滿意的效果。

二、監(jiān)測頻率的變化延伸變頻設(shè)備的功能

頻率的變化是很直觀的，而頻率的變化所反映的信息是泵的排量發(fā)生了變化，這樣，我們每次巡回檢查，設(shè)備的運(yùn)行頻率是必須檢查的內(nèi)容。頻率發(fā)生較大變化必須驗(yàn)證以下內(nèi)容：單井的注水量、壓力是否變化（調(diào)整注水量或流量計(jì)顯示不準(zhǔn)）；注水干線發(fā)生穿孔或回流有漏失的現(xiàn)象（及時(shí)補(bǔ)漏）；注水泵的閥座閥片損壞，造成泵效降低或進(jìn)口壓力過低，引起泵效降低（及時(shí)進(jìn)行設(shè)備維修倒泵或提高進(jìn)口壓力）；這樣可在最快的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決，為提高注水質(zhì)量，降低注水單耗提供有力的綜合保障。

三、使用變頻設(shè)備還需注意的問題

1、保持回流閘門的嚴(yán)密、不打回流（包括停運(yùn)泵的回流）；2、確保泵的高效運(yùn)轉(zhuǎn)（泵的排量效率）；3、確保計(jì)量的準(zhǔn)確性；4、確保注水干線的嚴(yán)密性；5、確保各單井嚴(yán)格執(zhí)行配注。

這些信息都會反映在頻率的變化上（頻率的變化要驗(yàn)證以上4條）

四、用好變頻可獲得的效益

1、消除柱塞泵的打回流現(xiàn)象降低注水單耗；2、有效的減少回流閘門的損壞（延長回流閘門的使用周期)3、有效的降低注水泵磨損，延長設(shè)備的大修期。