清潔智能節(jié)能裝置在游梁式抽油機(jī)上的試應(yīng)用分析

武旭侯磊劉國豪張鑫陳志慶趙乾坤董林虎

游梁式抽油機(jī)是石油生產(chǎn)中的主要耗能設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在油田生產(chǎn)成本中約有三分之一為電能消耗，而游梁式抽油機(jī)消耗的電能約占總電能消耗的80%。

目前普遍認(rèn)為變頻器是抽油機(jī)節(jié)能的最佳選擇。從油田陸上作業(yè)區(qū)為節(jié)能而使用的變頻器狀態(tài)看，其使用可以靈活地降低抽油機(jī)沖速，達(dá)到低產(chǎn)油井部分節(jié)能的目的。但是變頻器的使用也帶來弊端：變頻器通過降低電動機(jī)定子頻率的方法降低電動機(jī)轉(zhuǎn)速（由于頻率降低到一定程度，會增加普通電動機(jī)發(fā)熱量，一方面增加能耗，另一方面使得電動機(jī)處在不利的溫升工作條件下，高溫運(yùn)行會造成高轉(zhuǎn)差電動機(jī)壽命降低，故障多發(fā)）；變頻器“交-直-交”工作模式采用不可控的二極管整流電路完成交流轉(zhuǎn)直流，帶來了兩方面的問題（網(wǎng)側(cè)電流波形嚴(yán)重畸變，造成電網(wǎng)的諧波污染，且功率因數(shù)偏低；由于二極管的單向?qū)щ娦?，電動機(jī)制動時的再生能量無法反饋給電網(wǎng)）；由復(fù)雜電子器件組成的變頻器的可靠性對于適應(yīng)油田惡劣的工作環(huán)境至關(guān)重要，故障率高、檢修不及時都會影響生產(chǎn)。

針對以上問題，研制了一種新型清潔智能節(jié)能裝置。以某油田實(shí)際運(yùn)行抽油機(jī)井為例，測試抽油機(jī)井加裝清潔智能節(jié)能裝置后的節(jié)能效果。

1 清潔智能節(jié)能裝置工作原理

清潔智能節(jié)能裝置根據(jù)自身攜帶的功率因數(shù)表測得電動機(jī)功率因數(shù)，動態(tài)優(yōu)化地提高電動機(jī)的功率因數(shù)，使電動機(jī)始終運(yùn)行在最佳節(jié)能狀態(tài)。

清潔智能節(jié)能裝置的核心部件是交流正弦波調(diào)壓模塊，它是將WPWM調(diào)壓技術(shù)和變壓器磁路互補(bǔ)調(diào)壓技術(shù)相結(jié)合而研制開發(fā)的無級無觸點(diǎn)交流調(diào)壓模塊。交流正弦波調(diào)壓模塊的創(chuàng)新點(diǎn)是線性快速無極調(diào)壓。作為大功率穩(wěn)壓電源與調(diào)壓型節(jié)能設(shè)備的控制核心，該項(xiàng)技術(shù)完全實(shí)現(xiàn)了線性快速無極調(diào)壓，整個調(diào)壓過程沒有電壓突變，無波形畸變，無諧波增量，是一個純綠色過程。正弦波交交調(diào)壓模塊結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 正弦波交交調(diào)壓模塊結(jié)構(gòu)示意圖

利用正弦波交交調(diào)壓模塊，就可以在檢測電動機(jī)功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，使輸出電壓動態(tài)地跟蹤功率因數(shù)的提升進(jìn)行調(diào)壓。調(diào)壓的目標(biāo)是使電動機(jī)的有功功率適當(dāng)降低，同時使電動機(jī)的無功功率（電流）極大降低，效率顯著提高。有功功率降低是直接的節(jié)能過程，而由于無功電流的大幅降低導(dǎo)致從供電端到電動機(jī)端的輸電線的線損和變壓器的變損極大地降低。由于油田地域分布廣、輸電線長，線路線損的節(jié)約尤其明顯。

2 節(jié)能裝置在抽油機(jī)上的試應(yīng)用情況

為驗(yàn)證清潔智能節(jié)能裝置的使用效果，以某油田實(shí)際運(yùn)行油井為例，測試抽油機(jī)井加裝清潔智能節(jié)能裝置后的節(jié)能效果。該抽油機(jī)型號為CYJY14-6-89HF，電動機(jī)型號為YCHD280-12/6，電動機(jī)額定功率為15/33kW。

2.1 測試儀器

測試所用儀器參數(shù)見表1。

表1 測試儀器型號及精度

2.2 參考標(biāo)準(zhǔn)與測試方法

測試主要依據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)：SY/T6275—2007《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》[1]、SY/T5264—2012《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測試和計(jì)算方法》[2]、GB/T12497—2006《三相異步電動機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》[3]；結(jié)果評價依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為SY/T6422—2008《石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定》[4]。

保證各項(xiàng)井下數(shù)據(jù)包括示功圖、產(chǎn)液量、含水率、動液面深度、泵掛深度等在滿足SY/T6422—2008《石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定》對機(jī)械采油系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品對比測試的前提條件下，對抽油機(jī)井上數(shù)據(jù)進(jìn)行測定。

在抽油機(jī)井前的控制柜上接入3169型電能綜合測試儀，進(jìn)行電參數(shù)對比測試；用標(biāo)準(zhǔn)壓力表測定抽油機(jī)井的油壓、套壓；用工作秒表測定抽油機(jī)的沖速。測試過程中抽油機(jī)連續(xù)運(yùn)行不停機(jī)，且不對抽油機(jī)做任何機(jī)械調(diào)整，運(yùn)行工況未發(fā)生改變。

2.3 結(jié)果與分析

經(jīng)測試，抽油機(jī)平衡度由原始狀態(tài)的110%變?yōu)榘惭b清潔智能節(jié)能裝置后的101%，沖速由3.3min-1變?yōu)?.29min-1，均滿足SY/T6422—2008《石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定》對機(jī)械采油系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品對比測試的前提條件要求：對于未改變運(yùn)行工況的測試，抽油機(jī)平衡度變化不應(yīng)超過±10%，沖速的變化不超過±0.3min-1，沖程應(yīng)保持不變。

通過測試，安裝清潔智能節(jié)能裝置后，該抽油機(jī)井功率因數(shù)由0.1605提高到0.3760，輸入有功功率由6.02kW降低至4.48kW，輸入無功功率由42.73kvar降低至13.54kvar。按照標(biāo)準(zhǔn)SY/T6422—2008《石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定》計(jì)算該節(jié)能裝置的有功節(jié)電率、無功節(jié)電率和綜合節(jié)電率，計(jì)算結(jié)果分別為25.59%、68.31%和33.08%。假設(shè)油井24h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，年工作300天，則該油井年實(shí)際節(jié)電11088kWh；按照普通工業(yè)用電電價0.797元/kWh計(jì)算，則清潔智能節(jié)能裝置在試應(yīng)用油井上年節(jié)省電費(fèi)8837元。安裝抽油機(jī)清潔智能節(jié)能裝置的抽油機(jī)前后的現(xiàn)場比對測試結(jié)果見表2。

表2 某安裝清潔智能節(jié)能裝置的抽油機(jī)節(jié)能效果

3 結(jié)論

清潔智能節(jié)能裝置利用正弦波交交調(diào)壓技術(shù)，在保證生產(chǎn)需要的前提下，降低了有功功率及無功功率，提高了功率因數(shù)及電能利用率，達(dá)到了節(jié)能的目的。該裝置在試應(yīng)用油井上的綜合節(jié)電率為33.08%，年節(jié)電量為11088kWh，年節(jié)省電費(fèi)8837元。建議擴(kuò)大安裝應(yīng)用該裝置，進(jìn)一步確定其節(jié)能效果及節(jié)能潛力。

[1]梁士軍,孫德剛,吳照云,等.SY/T6275—2007油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范[S].北京:石油工業(yè)出版社,2007.

[2]吳照云,李衛(wèi)東,梁士軍,等.SY/T5264—2012油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測試和計(jì)算方法[S].北京:石油工業(yè)出版社,2012.

[3]辛定國,翟克俊,趙躍進(jìn),等.GB/T12497—2006三相異步電動機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

[4]鄭鋼銳,吳照云,梁士軍,等.SY/T6422—2008石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定[S].北京:石油工業(yè)出版社,2008.