淺析變頻調(diào)速技術(shù)在注水系統(tǒng)的應(yīng)用

【摘要】油田注水是采油生產(chǎn)中最重要的工作之一。油田的注水開發(fā)在油田的開發(fā)中具有極其重要的意義。隨著油田的開發(fā)，油田含水不斷增加，產(chǎn)液量也迅速上升。為了繼續(xù)實(shí)現(xiàn)油田穩(wěn)產(chǎn)，油田能耗將急劇升高。因此，進(jìn)一步控制并降低注水損耗，將成為今后油田生產(chǎn)建設(shè)中的重要任務(wù)。本文就變頻調(diào)速裝置的特性、節(jié)能效果及所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了淺顯的分析。

【關(guān)鍵詞】注水系統(tǒng)；變頻調(diào)速技術(shù)；節(jié)能降耗；注水泵

目前根據(jù)采油一廠尕斯油田地層開發(fā)的要求，對(duì)注水壓力的要求也很高。對(duì)于尕斯油田而言，深層要求地層壓力在26Mpa，中淺層要求的壓力在24Mpa，所以在注水泵的選擇方面就需要輸出壓力較高的柱塞式注水泵。為了保證注水壓力要求，以計(jì)注九站為例：目前每天啟泵臺(tái)數(shù)為4臺(tái)，電機(jī)電壓與功率為380V 185KW和380V 315KW三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)，每天的注水量在2000m3左右，平均每天耗電量在15000kw·h，平均一年耗電量為5475000kw·h，因此注水大隊(duì)是一個(gè)耗電大戶。鑒于此，建議使用變頻調(diào)速裝置，旨在節(jié)能降耗并且確保注水系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

1.變頻技術(shù)介紹

1.1變頻調(diào)速裝置簡(jiǎn)介及性能對(duì)比

變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)的一個(gè)主要發(fā)展方向，具有顯著地節(jié)能效果和優(yōu)異的調(diào)速性能。特別是近幾年來(lái)隨著電子元器件和工業(yè)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻器的容量越來(lái)越大、價(jià)格越來(lái)越低、性能越來(lái)越好，應(yīng)用的領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，已經(jīng)遍及各行各業(yè)。首先，變頻調(diào)速裝置具有顯著地節(jié)能效果據(jù)統(tǒng)計(jì)，石油化工企業(yè)90%以上的電力消耗在交流電動(dòng)機(jī)上。因此，如何節(jié)能降耗運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)裝置效益的最大化就成為一個(gè)重要的問(wèn)題。一般情況下，裝置在設(shè)計(jì)時(shí)為了滿足最大最理想的處理能力，機(jī)泵就必須留有一定的余量。而在實(shí)際生產(chǎn)中，處理量保持一直不變不可能的，所以流量壓力等參數(shù)就要隨工藝的需求不斷調(diào)整。以注水大隊(duì)計(jì)注九站為例：注水泵壓為26mpa，采用調(diào)節(jié)回流閥開度來(lái)平衡注水泵壓的要求，實(shí)際上就是通過(guò)增加系統(tǒng)管網(wǎng)阻力來(lái)達(dá)到調(diào)整的目的，這樣不可避免的就有一部分回流能量白白消耗，事實(shí)上整個(gè)系統(tǒng)不是運(yùn)行在最佳的節(jié)能狀態(tài)，而通過(guò)對(duì)機(jī)泵轉(zhuǎn)速的調(diào)整是解決這個(gè)問(wèn)題的最佳節(jié)能方案。

自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程是系統(tǒng)從平衡到平衡的過(guò)程，假定流量、壓力為定值的情況下。正常注水狀態(tài)下注水末端的信息將會(huì)反饋回處理器進(jìn)行處理，當(dāng)反饋值與給定值不一致時(shí)，控制器會(huì)重新調(diào)整數(shù)據(jù)，并將新數(shù)據(jù)電信號(hào)送到變頻器從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)泵壓的目的，從而避免因調(diào)節(jié)回流控制閥和系統(tǒng)波動(dòng)造成的功率損耗。

1.2變頻調(diào)速系統(tǒng)的使用

變頻器的正常使用受到周圍環(huán)境的限制包括溫度濕度海拔以及振動(dòng)等等。一般來(lái)說(shuō)變頻器正常運(yùn)行要求環(huán)境溫度保持在0-40℃最低不超過(guò)-10℃最高不超過(guò)50℃若超出此范圍變頻器中的功率器件會(huì)因?yàn)樯岵患皶r(shí)而導(dǎo)致器件溫度過(guò)高無(wú)法正常工作甚至損壞，其次要保證CPU及各種芯片正常工作就要有適宜的溫度。由于青海油田冬天較冷夏天較熱溫差較大應(yīng)考慮加裝加熱器和換氣裝置以利于加溫和散熱。變頻器周圍運(yùn)行的濕度推薦為40%-90%，青海油田氣候較干燥容易產(chǎn)生絕緣破壞需增加變頻器室內(nèi)空氣濕度。由于所處環(huán)境海拔較高故在設(shè)計(jì)選型時(shí)需特別注意。總之，正確使用變頻器將會(huì)提高注水系統(tǒng)效率，會(huì)大大減少故障，減少維修費(fèi)用，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。

2.變頻調(diào)速技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

本文前面提到計(jì)注九站實(shí)際操作中為保證注水壓力就必須依靠調(diào)整回流閥開度來(lái)實(shí)現(xiàn)，將有一部分能量從回流白白損耗掉，還有一部分能量在啟、停設(shè)備等操作中損耗。而采用變頻調(diào)速裝置后，回流閥可以完全關(guān)閉，系統(tǒng)可以將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的控制對(duì)象參數(shù)反饋給控制器，經(jīng)過(guò)比較計(jì)算后輸出一個(gè)控制的電信號(hào)送到變送器，從而控制并調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)整壓力的目的。這樣可以使目前損耗掉的那一部分電能節(jié)省下來(lái)，數(shù)量較為可觀。由下圖可見，通過(guò)打回流的方式調(diào)節(jié)流量，功率消耗不降低，即完全不節(jié)能。而變頻調(diào)速方式效果最佳，當(dāng)流量調(diào)節(jié)為80%時(shí)，功率約下降為額定功率的50%。以上可以充分說(shuō)明變頻調(diào)速具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。

在安全方面：目前所采取的操作方式需要頻繁地調(diào)整回流閘門的開度來(lái)控制泵壓，而機(jī)泵處于高壓運(yùn)行狀態(tài)，不僅對(duì)設(shè)備管網(wǎng)的安全帶來(lái)考驗(yàn)，而且對(duì)崗位操作人員造成安全隱患。在節(jié)能方面：固定一臺(tái)變頻調(diào)速電機(jī)進(jìn)行控制，就會(huì)減少其他正常泵因回流閥門未完全打死而造成對(duì)泵效的影響，這樣就可以最大限度的將泵效發(fā)揮到極點(diǎn)，而減少高壓水的浪費(fèi)現(xiàn)象。將回流閘門全部打死，有效的防止了高壓水對(duì)管網(wǎng)與注水閥芯的沖擊，提高了注水系統(tǒng)效率。

3.變頻調(diào)速技術(shù)改造應(yīng)注意的問(wèn)題

在確定注水電機(jī)要進(jìn)行變頻調(diào)速改造后，就要正確的選擇變頻器。第一、根據(jù)電機(jī)的容量、過(guò)載倍數(shù)選擇合適的變頻器容量，變頻器的容量要比電機(jī)容量略大既可。第二、選擇變頻器的主回路形式，主要考慮：最好是沒(méi)有升壓變壓器的高壓直接變頻，盡量不采用高低高方案；變頻器效率越高越好；損耗越低越好；電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)盡量要高，而且隨負(fù)載和轉(zhuǎn)速下降不要太多；電網(wǎng)側(cè)諧波電流一定要滿足國(guó)標(biāo)要求，越小越好；電機(jī)側(cè)電壓諧波和電流諧波盡量小，dv/dt盡量小，電壓電流波形越接近正弦越好。第三、選擇變頻裝置的功率器件要先進(jìn)、成熟、可靠性高、控制簡(jiǎn)單；主回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于更換；裝置體積盡量小。第四、選擇變頻器的控制形式，對(duì)注水泵變頻，采用壓頻比控制就能滿足要求，如果是矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制就更好；另外還要考慮變頻器必須要有網(wǎng)絡(luò)連接功能，以便于與自動(dòng)化系統(tǒng)的連接。