KD521接轉(zhuǎn)站摻水泵的節(jié)能技術(shù)改造

朱益飛 戴劍飛 張士杰 楊梅 朱海

（1.勝利油田分公司孤東采油廠；2.勝利油田分公司技術(shù)檢測中心）

KD521接轉(zhuǎn)站摻水泵的節(jié)能技術(shù)改造

朱益飛1戴劍飛2張士杰1楊梅1朱海1

（1.勝利油田分公司孤東采油廠；2.勝利油田分公司技術(shù)檢測中心）

目前勝利油田孤東采油廠摻水泵由于油井產(chǎn)出液中含鹽、含硫、礦化度高，以及廢水中含有細(xì)菌等，導(dǎo)致泵站摻水泵腐蝕嚴(yán)重，摻水泵排量下降，漏失量增大，泵效降低。油田摻水泵的機(jī)組效率普遍不高，平均僅為20%左右。經(jīng)分析排量變小、節(jié)流損失、泵效降低和水質(zhì)合格率低是造成摻水泵機(jī)組效率低的主要原因。通過改善摻水泵防腐蝕能力，實施變頻節(jié)能技術(shù)改造，選用優(yōu)質(zhì)高效泵，改善污水水質(zhì)的酸堿度，優(yōu)化生產(chǎn)運行參數(shù)和強化摻水表管理等技術(shù)措施，摻水泵機(jī)組綜合節(jié)電率達(dá)到10.8%，節(jié)能技術(shù)改造效果良好。

摻水泵 腐蝕 節(jié)能改造 效果

勝利油田稠油儲量非常豐富，隨著油田稠油開采工藝技術(shù)的不斷完善，稠油開發(fā)規(guī)模逐年擴(kuò)大，稠油產(chǎn)量目前已占油田總產(chǎn)量的25%左右。由于稠油的黏度大，流動性能差，造成抽油機(jī)負(fù)荷大，地面管線回壓高，產(chǎn)液量低，能耗高，開采和集輸難度大[1]。為解決這一問題，油田普遍采用摻水開采的辦法，即利用油井產(chǎn)出液中的水，經(jīng)油水分離后，再用摻水泵將含油污水打回采油井的油管內(nèi)，根據(jù)油井供液情況和稠油黏度的不同，摻水工藝分為油井井筒內(nèi)摻水和地面管線摻水兩種，以降低稠油井產(chǎn)出液的黏度，從而達(dá)到降低能耗和開采成本，提高油田采收率和油井產(chǎn)量的目的[2]。目前勝利油田孤東采油廠有各種型號的摻水泵31臺，從現(xiàn)場使用情況來看，一方面由于油井產(chǎn)出液中含鹽、含硫、礦化度高，以及廢水中含有細(xì)菌等物質(zhì)，導(dǎo)致泵站摻水泵腐蝕嚴(yán)重，摻水泵排量下降，漏失量增大，泵效降低，能耗浪費嚴(yán)重；另一方面，由于存在摻水泵腐蝕問題，摻水泵維修頻繁，平均運行時間達(dá)不到3000 h就需要大修，僅為普通離心泵正常大修時間的四分之一，造成摻水泵泵效降低。另外，由于摻水流量調(diào)節(jié)的需要，存在流量節(jié)能損失。據(jù)統(tǒng)計，油田摻水泵的機(jī)組效率普遍不高，平均僅為20%左右，最低的機(jī)組效率不到10%。為此，提出了KD521油氣接轉(zhuǎn)站摻水泵節(jié)能技術(shù)改造方案，通過摻水泵能源利用效率分析，提出了有針對性的治理措施，收到了良好的節(jié)能技術(shù)改造效果。

1 摻水泵使用現(xiàn)狀

KD521站摻水泵于2003年6月投產(chǎn)，共有3臺摻水泵（離心泵），每臺離心泵額定排量160 m3/h，額定功率130 kW。2007年因摻水泵葉輪和中段腐蝕損壞嚴(yán)重實施大修維護(hù)，采用ZG45改用1Gr18Ni的合金鋼材料，使摻水泵腐蝕狀況得到一定改善。2008年隨著采油廠摻水量的不斷增加，摻水泵因泵體腐蝕損壞現(xiàn)象加劇，其連續(xù)運行3～4個月，就需要大修1次，造成摻水泵排量快速下降，漏失量增大，泵效降低，經(jīng)采油廠節(jié)能監(jiān)測部門多次現(xiàn)場能耗監(jiān)測，摻水泵機(jī)組效率最低時僅為8.7%，能耗浪費嚴(yán)重，嚴(yán)重影響采油廠稠油井的正常生產(chǎn)。

2 摻水泵低能效原因分析

經(jīng)分析，造成摻水泵機(jī)組能效下降的主要原因有以下幾個方面。

2.1 排量變小

造成摻水泵機(jī)組能效下降的首要原因是摻水的泵葉輪整體腐蝕，造成摻水泵的排量變小，揚程降低，同時出現(xiàn)泵體振動，噪音增大，嚴(yán)重的無法正常運行。通過對摻水泵解體觀察發(fā)現(xiàn)，泵葉輪整體腐蝕嚴(yán)重，有的葉輪只剩下本體，其中首級葉輪腐蝕最為嚴(yán)重，二級和三級葉輪表面被腐蝕透，成規(guī)則孔洞，葉輪之間的定位套腐蝕成坑狀。經(jīng)分析，葉輪直徑的減少降低了泵的揚程，葉輪腐蝕使泵的轉(zhuǎn)子失衡，導(dǎo)致泵產(chǎn)生振動，噪聲增大。

2.2 節(jié)流損失

KD521站管理著2個采油隊300多口稠油井摻水生產(chǎn)工藝，對摻水量的流量調(diào)節(jié)、生產(chǎn)參數(shù)的調(diào)整主要通過閥門控制來完成，存在著一定的節(jié)流損失。泵站系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)能力差，運行調(diào)節(jié)管理仍采用人工方式，資料錄取、參數(shù)調(diào)控、保護(hù)監(jiān)護(hù)、技術(shù)分析操作方法簡單，科學(xué)化程度低，造成資料準(zhǔn)確度差，系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，能耗高，故障率高，因此無法對系統(tǒng)運行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，嚴(yán)重制約著摻水泵站的管理水平和系統(tǒng)效率的提高。

2.3 泵效降低

由于摻水泵腐蝕，維修頻繁，而每維修一次，摻水泵自身效率就下降一次。摻水泵磨損大，漏失量大，泵效低，其運行效率不可能達(dá)到指標(biāo)要求，摻水泵機(jī)組維修頻率高，泵效低，能耗高，嚴(yán)重影響摻水泵機(jī)組效率的提高。

2.4 水質(zhì)合格率低

油田污水是油井產(chǎn)出物，未經(jīng)處理的油田污水對金屬設(shè)備具有較強的腐蝕性，尤其是含有大量雜質(zhì)的油田污水對金屬設(shè)備腐蝕嚴(yán)重[3]，主要有pH值的影響，溶解鹽、溶解氧的影響以及二氧化碳的影響等。不同的污水水質(zhì)其產(chǎn)生的腐蝕效果也不同，通過對不同水質(zhì)取樣化驗和腐蝕掛片試驗，得到不同的腐蝕效果，結(jié)果見表1。

表1 不同水質(zhì)腐蝕試驗情況統(tǒng)計表

從表1可以看出，KD521站的水質(zhì)pH值小于7，明顯呈酸性。摻水泵在弱酸性的污水中受到全面腐蝕，葉輪導(dǎo)葉輪在高速液體的沖刷下，腐蝕速度加快，且腐蝕速率隨著污水介質(zhì)溫度的升高而增加。KD521站的水質(zhì)溫度比孤東油田四號聯(lián)合站的污水溫度高11℃，因此，酸性腐蝕是KD521站摻水泵腐蝕的主要原因。KD521站的水質(zhì)礦化度接近2×104mg/L，大于孤東四號聯(lián)合站的污水水質(zhì)礦化度7045 mg/L。由于污水的礦化度高，污水中的含鹽量高，導(dǎo)電性增大，其腐蝕性也隨之增大，污水中氯根含量達(dá)到11925 mg/L，而氯根是造成泵體葉輪點蝕的主要原因，和KD521摻水站一樣，孤東油田其他摻水站也存在點蝕問題，不同廠家不同型號的摻水泵存在同樣的點蝕現(xiàn)象。

2.5 運行參數(shù)不合理

KD521站摻水的來源是油氣接轉(zhuǎn)站油水沉降罐油水分離后的污水，由于污水罐的儲量為100 m3，而每天摻水泵的排水量在1200 m3左右，使分離的污水無沉降時間。污水中含的油、地層砂及油泥等雜質(zhì)造成泵的磨損，同時，這些雜質(zhì)附著在管壁，使供水管徑變小，泵供液能力變差，從而造成泵氣蝕現(xiàn)象。葉輪表面形成的孔洞就是氣蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的。

2.6 摻水表計量不準(zhǔn)確

目前采油廠仍有相當(dāng)一部分摻水計量儀表采用機(jī)械式水表和電子水表，摻水計量儀表老化，計量誤差大；同時由于流量計量儀表缺乏現(xiàn)場標(biāo)定手段，無法進(jìn)行周期檢定。

3 摻水泵節(jié)能技術(shù)改造

3.1 改善摻水泵防腐蝕能力

通過提高摻水泵材料的耐腐蝕性，延長摻水泵的使用壽命，但同時要考慮到經(jīng)濟(jì)上的可行性。一般情況下，鎳基耐蝕合金在酸、堿、鹽等各種環(huán)境中都具有良好的耐蝕性能，但其價格昂貴，應(yīng)用受到一定的限制。經(jīng)過多次現(xiàn)場試驗，低合金鋼耐腐蝕性要好于堿素鋼，奧氏體不銹鋼耐腐蝕性要好于低合金鋼。擇優(yōu)選用403奧氏體不銹鋼作為摻水泵的葉輪和導(dǎo)葉的使用，摻水泵口環(huán)采用銅或非金屬材料。

在防止氯離子點蝕方面，采用Gr-Ni雙相不銹鋼，該材料兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點，與鐵素體相比，具有塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，且具有超塑性特點，它與奧氏體不銹鋼相比，強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應(yīng)力腐蝕有明顯提高，雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能，也是一種節(jié)鎳不銹鋼，但雙相不銹鋼價格偏高。

3.2 實施變頻節(jié)能技術(shù)

選用185 kW的MCROMASTE-R430型西門子變頻器，采用“一拖二”控制方式，實施一臺變頻器控制兩臺摻水泵的流量調(diào)節(jié)，其中一臺處于工頻運行狀態(tài)，另一臺處于變頻調(diào)速運行狀態(tài)，從而達(dá)到流程無節(jié)流流量調(diào)節(jié)的目的，減少能量損失。

3.3 選用優(yōu)質(zhì)離心泵

選用優(yōu)質(zhì)高效泵，特別是耐腐蝕效果好的離心泵作為摻水泵。普通ZG45金屬材料在酸性介質(zhì)的條件下，其耐腐蝕性差，尤其在高速液體的沖刷下，腐蝕速度更快［4］。一般情況下，摻水泵金屬材料中Gr和Ni的含量越高，其耐腐蝕性越強，但現(xiàn)場試驗應(yīng)用結(jié)果表明，無論是普通ZG45金屬材料，還是Gr18Ni普通合金鋼，在孤東四號聯(lián)合站和KD521站的摻水泵中使用，同樣存在點蝕問題，這說明Gr18Ni普通合金鋼不適合于解決摻水泵腐蝕問題。因此，選擇腐蝕能力強，泵效高的離心泵替代普通離心水泵十分必要。

3.4 改善污水的酸堿度

通過在污水中添加堿性藥劑，將水質(zhì)酸堿度控制在7.0～7.2之間，使水質(zhì)酸堿度達(dá)到中性或弱堿性，降低摻水泵的腐蝕程度。

3.5 優(yōu)化生產(chǎn)運行參數(shù)，提高整體效能

通過優(yōu)化泵生產(chǎn)運行參數(shù)，提高泵的入口壓力，防止氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生，提高整體效能。措施是提高污水罐的容量和高度；更換摻水泵的進(jìn)口管線。2009年實施了整體技術(shù)改造，用700 m3儲水罐替代原來的100 m3儲水罐，增加油水分離沉降時間，同時增設(shè)罐底排砂裝置，使污水的雜質(zhì)和含油量明顯降低。通過更新?lián)剿眠M(jìn)口管線后，泵的供液狀況得到明顯改善，入口壓力保持在0.05～0.08 MPa之間，消除了氣蝕現(xiàn)象。

3.6 提高摻水表計量準(zhǔn)確度

選用水表要適合小口徑、低壓、小排量的要求，并配備足夠的備用摻水水表，以便水表維修、標(biāo)定時周轉(zhuǎn)使用。對稠油摻水工藝流程油井的計量水表要合適選型，摻水工藝流程要符合計量測量要求，摻水表符合計量器具管理規(guī)定進(jìn)行定期檢定。由于油井井況（壓力、摻水方式、溫度、含水量、水質(zhì)等）不同，對摻水水表計量修正系數(shù)要進(jìn)行現(xiàn)場實驗測定，對計量結(jié)果進(jìn)行修正，確保摻水計量準(zhǔn)確，提高計量準(zhǔn)確度。

4 實施效果

KD521站摻水泵技術(shù)改造取得了良好的節(jié)能效果。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）摻水泵的耐腐蝕性能得到改善，提高了摻水泵機(jī)組的運行可靠性。摻水泵的使用壽命由原來的3～4個月，延長到24個月以上，連續(xù)運行時間達(dá)到2×104h以上，滿足了油田摻水生產(chǎn)的需要。

2）降低了摻水泵機(jī)組的維修成本。由于摻水泵機(jī)組運行安全可靠性明顯提高，大大降低了設(shè)備日常維修維護(hù)成本。

3）提高了摻水泵機(jī)組的運行效率，經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)測，摻水泵機(jī)組平均運行效率由改造前的12.6%提高到改造后的51.3%。

4）節(jié)能效益明顯。采用變頻調(diào)速控制技術(shù)后，避免了摻水系統(tǒng)的節(jié)流能量損失，機(jī)組綜合節(jié)電率達(dá)到10.8%，取得了良好的節(jié)能效果。

5）優(yōu)化了生產(chǎn)運行參數(shù)，泵站平穩(wěn)運行。通過優(yōu)化泵生產(chǎn)運行參數(shù)，提高泵的入口壓力，改善了摻水泵的供液能力，不僅避免了摻水泵的氣蝕現(xiàn)象，而且提高了泵站的整體效能。

6）提高了摻水計量的準(zhǔn)確度。采取多種有效措施提高了摻水計量的準(zhǔn)確度，將誤差控制在1.0%以下，滿足了油田摻水計量的技術(shù)要求。

5 結(jié)束語

開展油田生產(chǎn)節(jié)能降耗技術(shù)研究，實施泵站節(jié)能技術(shù)改造是油田開發(fā)建設(shè)的需要，也是一項長期的工作。實踐表明，提高油田摻水泵耐腐蝕能力，實施變頻節(jié)能調(diào)速控制技術(shù)，選用優(yōu)質(zhì)高效泵，改善污水水質(zhì)，優(yōu)化生產(chǎn)運行參數(shù)和強化摻水表管理是提高油田摻水泵泵站整體效能，延長設(shè)備使用壽命，降低維修成本的有效措施。

［1］李榮強.勝利油田注水管柱腐蝕機(jī)理與防治技術(shù)［J］.石油鉆探技術(shù),2008（4）：64-66.

［2］張智,施太和,周理志,等.油氣田開發(fā)過程中流場誘導(dǎo)腐蝕［J］.石油化工腐蝕與防護(hù),2007（3）:79-81.

［3］程姍姍,王金剛,王治國.油氣田金屬設(shè)備硫化氫腐蝕行為研究［J］.石油化工腐蝕與防護(hù),2011（1）:32-35.

［4］化學(xué)工業(yè)部化工機(jī)械研究室.腐蝕與防護(hù)手冊——耐蝕金屬材料及防腐技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1996:440.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.02.008

朱益飛，1989年畢業(yè)于華東石油學(xué)院生產(chǎn)過程自動化專業(yè)，高級工程師，從事于油田技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督工作，E-mail：zhuyifei112.slyt@sinopec.com，地址：山東省東營市河口區(qū)仙河鎮(zhèn)勝利油田孤東采油廠技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督站，257237。

2011-11-01）