油田注水泵機(jī)組能耗因素分析

張 冉1，楊立欣2，趙 寧1，張冀星，王建斌

（1.中石化勝利油田技術(shù)檢測中心，山東 東營 257000；

2.中石化勝利油田濱南采油廠，山東 濱州 256600；

3.中石化勝利石油工程有限公司西南分公司，山東 東營 257000）

油田注水泵機(jī)組能耗因素分析

張 冉1，楊立欣2，趙 寧1，張冀星3，王建斌3

（1.中石化勝利油田技術(shù)檢測中心，山東 東營 257000；

2.中石化勝利油田濱南采油廠，山東 濱州 256600；

3.中石化勝利石油工程有限公司西南分公司，山東 東營 257000）

通過對比分析影響注水系統(tǒng)效率的因素，提出了相應(yīng)的節(jié)能降耗措施，為油田注水機(jī)組的經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。

注水泵機(jī)組；能耗；分析

油田注水用電量約占油田用電總量的40%，其高壓注水電機(jī)的平均功率高達(dá)2 000kW?，F(xiàn)階段，注水系統(tǒng)的節(jié)能已經(jīng)成為降低生產(chǎn)成本、緩解油田供電緊張的重要問題。因此，有必要對高壓注水電機(jī)和離心泵的能耗進(jìn)行分析，研究影響電機(jī)和注水泵效率的主要因素，并提出切實有效的節(jié)能降耗措施。

一、電機(jī)效率影響因素

本次共檢測了92臺勝利油田在用電機(jī)，其中具備電機(jī)效率測試條件的有31臺。所檢電機(jī)投產(chǎn)時間為1977～2010年，電機(jī)效率91．57%～96．36%，平均效率為93．95%。

1．投產(chǎn)年限對電機(jī)效率的影響

(1)2000年以后投產(chǎn)的電機(jī)共14臺，效率在92．32%～96．36%之間，平均效率為94．61%。

(2)1990～1999年投產(chǎn)的電機(jī)共9臺，效率在92．38%～94．50%之間，平均效率為93．60%。

(3)1989年以前投產(chǎn)的電機(jī)共4臺，效率在91．57%～93．02%之間，平均效率為92．30%。

由此可見，隨著電機(jī)使用年限的增加，電機(jī)效率有不同程度的下降，但電機(jī)效率均能夠保證在91%以上。

2．負(fù)載率對電機(jī)效率的影響

(1)負(fù)載率在60%以下的電機(jī)共2臺，效率為92．32%和93．89%，平均效率為93．11%。

(2)負(fù)載率在60%～69%的電機(jī)共5臺，效率在92．10%～94．70%之間，平均效率為93．47%。

(3)負(fù)載率在70%～80%的電機(jī)共10臺，效率在92．38%～95．93%之間，平均效率為94．05%。

(4)負(fù)載率在81%～90%的電機(jī)共8臺，效率在93．15%～95．65%之間，平均效率為94．12%。

(5)負(fù)載率在91%以上電機(jī)共5臺，效率在94．00%～96．36%之間，平均效率為94．77%。

由此可見，負(fù)載率多在60%以上，負(fù)載對電機(jī)效率影響較小，隨著負(fù)載率的上升，負(fù)載率對電機(jī)效率的影響也有相應(yīng)的增加。

3．同一年代投產(chǎn)電機(jī)效率比較

在所檢測的電機(jī)中，2008年投產(chǎn)的有11臺，效率在92．32%～96．36%，平均效率為94．63%，最高效率與最低效率相差4．04%。同一年代投產(chǎn)的電機(jī)，由于安裝質(zhì)量和日常保養(yǎng)程度的不同，導(dǎo)致電機(jī)效率也有差異。因此應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)。

(1)電機(jī)安裝前，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對基礎(chǔ)施工質(zhì)量的監(jiān)督。

(2)電機(jī)安裝后對安裝質(zhì)量、運(yùn)行性能應(yīng)進(jìn)行檢測。

(3)電機(jī)運(yùn)行過程中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測，如振動、噪聲、溫度、潤滑油品質(zhì)的定期監(jiān)測。

(4)電機(jī)運(yùn)行過程中如發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)當(dāng)及時停機(jī)進(jìn)行檢修。

4．不同額定功率電機(jī)效率

表1為不同功率的YK系列電機(jī)效率對比，從表中可以看出，對于YK系列電機(jī)，在電機(jī)設(shè)計理論中不同功率電機(jī)的渦流損耗和熱損耗差別不大，因此額定功率越大的電機(jī)效率理論上應(yīng)該越高。通過本次檢測分析也驗證該理論，在今后的泵站改造及新建泵站過程中從節(jié)能角度考慮應(yīng)當(dāng)盡量選用大功率電機(jī)。如新建一個總裝機(jī)容量4 000kW的泵站，選用2臺2 000kW（或1臺2 000kW 2臺1 000kW）的電機(jī)就優(yōu)于選用4臺1 000kW的電機(jī)。

表1 不同功率電機(jī)效率對比

二、注水泵效率影響因素

對于注水泵的檢測，本次同樣選擇了勝利油田在用的92臺注水泵，其中具備泵效測試條件的31臺。泵效為58．64%～80．30%，平均泵效為71．86%。

1．注水泵級數(shù)對效率的影響

(1)級數(shù)為9級的注水泵共檢測14臺，泵效為58．64%～80．30%，平均效率為72．26%。

(2)級數(shù)為10級的注水泵共檢測14臺，泵效為62．45%～80．16%，平均效率為71．14%。

可見不同級數(shù)的注水泵泵效差別不大。

2．注水泵額定排量對效率的影響

表2為不同排量注水泵效測試結(jié)果，從中可以看出，額定排量越大，泵效越高，因此在設(shè)備選型時，為節(jié)能降耗，應(yīng)優(yōu)先選用額定排量較大的注水泵。

表2 不同排量注水泵泵效

3．注水泵改造升級

由于注水工藝要求或管網(wǎng)需要，有的注水泵會進(jìn)行葉輪切割、拆級或整體改造，本次檢測的92臺注水泵中有9臺進(jìn)行過改造，對其中5臺進(jìn)行了泵效測試，如表3所示。

表3 改造后泵效分析

(1)注水泵進(jìn)行改造后，泵的工作特性曲線發(fā)生了變化，泵的工作點(diǎn)有可能處在高效區(qū)，也有可能偏離高效區(qū)，從而導(dǎo)致泵效的升高或降低。

(2)根據(jù)測試數(shù)據(jù)來看，對泵進(jìn)行葉輪切割或拆級改造后，泵效有所下降，對泵進(jìn)行整體改造（包括葉輪、泵殼、軸），泵效有所上升。

(3)在注水工況進(jìn)行調(diào)整需要對泵進(jìn)行改造時，應(yīng)當(dāng)從改造成本、使用成本等多方面綜合進(jìn)行考慮。

三、高壓電機(jī)故障診斷

使用ATPOL ESA軟件對電機(jī)進(jìn)行故障診斷，共分析了86臺電機(jī)的電流信號，其中存在機(jī)械方面不對中或不平衡、諧波失真、轉(zhuǎn)子存在斷條、匝間短路等故障的電機(jī)共47臺，占檢測數(shù)量的54．7%。在檢測的92臺電機(jī)中，電機(jī)底座振動量超標(biāo)的共9臺，占所檢數(shù)量的9．8%；噪聲超標(biāo)的共4臺，占所檢數(shù)量的4．3%；軸瓦溫度均符合要求未超標(biāo)。在有故障的47臺電機(jī)中，同時存在振動超標(biāo)的有4臺，存在噪聲超標(biāo)的有2臺。在測試電機(jī)效率的31臺電機(jī)中，無故障的有14臺，平均效率為94．40%，有故障的有17臺，平均效率為93．58%，低于無故障電機(jī)效率。

四、注水泵故障診斷

在檢測的92臺注水泵中，注水泵底座振動量超標(biāo)的共1臺，占所檢數(shù)量的1．1%；噪聲超標(biāo)的共26臺，占所檢數(shù)量的28．3%；軸瓦溫度均符合要求未超標(biāo)。在測試泵效的31臺注水泵中，無故障的有27臺，平均效率為72．16%，有故障的有4臺，平均效率為69．84%，低于無故障注水泵效率。

五、能耗綜合分析

1．使用年限對電機(jī)能耗的影響

油田在用的高壓電機(jī)運(yùn)行時間較長，達(dá)到規(guī)定報廢年限14年的有52臺，占檢測數(shù)量的56．5%，這部分電機(jī)的主要性能指標(biāo)都有不同程度的下降，勢必會造成能耗增加。形成這種問題的主要原因如下。

(1)老型電機(jī)本身設(shè)計損耗大。

(2)電機(jī)繞組老化，阻值加大，電機(jī)自身損耗增加，進(jìn)而造成電機(jī)效率下降。

(3)長時間運(yùn)行導(dǎo)致轉(zhuǎn)子、繞組、軸瓦振動加劇，造成機(jī)械損耗加大。

2．電機(jī)與注水泵的匹配情況對能耗的影響

少數(shù)泵站電機(jī)與注水泵不匹配，電機(jī)負(fù)載率偏低，引起電機(jī)實際運(yùn)行效率下降，造成使用成本增加。形成這種情況的主要原因如下。

(1)因需要注水量發(fā)生變化，更換了小排量的泵而電機(jī)沒有更換。

(2)由于注水工況的調(diào)整而進(jìn)行的泵的拆級或切割葉輪改造。

(3)由于注水管網(wǎng)腐蝕老化，容易形成穿孔，壓力達(dá)不到設(shè)計值。

3．負(fù)載及額定排量對能耗的影響

測試效率的31臺電機(jī)，平均效率為93．95%，負(fù)載率在70%以上的時候電機(jī)效率較高。測試泵效的31臺注水泵，平均泵效為71．86%，額定排量大的注水泵效率較高。

4．故障對能耗的影響

有55臺電機(jī)存在機(jī)械方面不對中或不平衡、諧波失真、轉(zhuǎn)子斷條、匝間短路、振動量超標(biāo)、噪聲超標(biāo)等故障，有故障電機(jī)平均效率93．58%，低于無故障電機(jī)的平均效率94．40%。建議對故障電機(jī)進(jìn)行檢修，排除故障，確保電機(jī)高效運(yùn)行。有27臺注水泵存在振動量超標(biāo)、噪聲超標(biāo)的故障，有故障注水泵的平均效率為69．84%，低于無故障注水泵的平均效率72．16%。

5．改造對能耗的影響

有9臺注水泵進(jìn)行了葉輪切割或拆級等改造，這部分注水泵效率差別較大，最低的62．45%，最高的78．48%。對泵進(jìn)行簡單的葉輪切割或拆級改造后，泵效會下降，對泵進(jìn)行整體改造（包括葉輪、泵殼、軸），只保留原有的潤滑、冷卻等系統(tǒng)時，泵效有可能會上升。建議在注水工況進(jìn)行調(diào)整需要對泵進(jìn)行改造時，應(yīng)當(dāng)從改造成本、使用成本等多方面綜合進(jìn)行考慮。

TQ172.9

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1671-0711（2014）04-0014-03

2014-02-08）