降低注水泵耗電的有效途徑探析

【摘要】在油田生產(chǎn)中，注水泵的耗電量較大，減少其能耗對(duì)于降低運(yùn)行成本、提高經(jīng)濟(jì)效益有很重要的意義。本文主要是通過(guò)對(duì)注水泵耗電情況進(jìn)行分析，尋找影響能耗的主要因素，再?gòu)木S護(hù)管理和技術(shù)改造等方面來(lái)進(jìn)行改善，減少能耗。

【關(guān)鍵詞】注水泵；管壓差；變頻調(diào)節(jié)器

注水泵耗能較高，經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行后，受輸送介質(zhì)、機(jī)械磨損及設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的影響，注水泵效日趨下降。注水泵管壓差較大，運(yùn)行效率較低，能耗較高，設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)重點(diǎn)考慮泵的幾何安裝高度是否超過(guò)泵的允許吸入高度，泵的操作不當(dāng)使泵產(chǎn)生干吸現(xiàn)象，造成泵發(fā)生汽蝕?；蛘弑盟玫奶盍媳P(pán)根潤(rùn)滑性能差，摩擦系數(shù)大，泵盤(pán)根加的過(guò)緊，潤(rùn)滑油含水超標(biāo)，泵震動(dòng)超標(biāo)，泵內(nèi)構(gòu)件磨損嚴(yán)重泄漏量大，致使注水泵的機(jī)械損失及容積損失增大。泵的排量沒(méi)合理控制在高效低耗區(qū)域內(nèi)等原因。都將導(dǎo)致泵的性能下降，效率降低，所耗電能升高。

1、注水泵耗電分析

注水系統(tǒng)效率越高，則耗電越低。若想提高注水系統(tǒng)效率，降低注水泵耗電，就必須對(duì)注水系統(tǒng)的耗電進(jìn)行分析，找出主要影響因素，有針對(duì)性的采取措施，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

注水系統(tǒng)效率可用以下式表示：

η系=P1/P2

P1=Q1H1ρ/367.2，P2= Q1H1ρ/367.2η機(jī)η泵

其中，η系為系統(tǒng)效率，η機(jī)為泵效，η泵為點(diǎn)擊效率，P1為動(dòng)力能耗，P2為總能耗，Q1H1分別為泵流量和揚(yáng)程，ρ為介質(zhì)密度。

從上式看出，注水系統(tǒng)效率越高，則用電能耗越低。而影響注水系統(tǒng)效率的因素有四方面： 注水泵效、電機(jī)效率、泵管壓差、回流量和漏失量。

由于電機(jī)效率在97%～99%之間，效率都較高，電機(jī)效率是影響注水系統(tǒng)效率的次要因素。注水系統(tǒng)在工藝設(shè)計(jì)上未采用回流調(diào)節(jié)；再加上注水泵出口至注水管線起點(diǎn)之間的漏失量很少，可忽略不計(jì)。因此回流量和漏失量也是影響注水系統(tǒng)效率的次要因素。

經(jīng)分析可知，注水罐內(nèi)液面過(guò)低，注水泵的幾何安裝高度超過(guò)泵的允許吸入高度等均易汽化，導(dǎo)致泵汽蝕或抽空使泵的性能?chē)?yán)重下降。其原因是離心泵剛開(kāi)始?xì)馕g時(shí)，氣蝕區(qū)域較小，對(duì)泵的正常工作沒(méi)有明顯影響，泵的性能也沒(méi)有明顯變化；但是當(dāng)汽蝕發(fā)展到一定程度時(shí)，氣泡大量產(chǎn)生，影響液體的正常流動(dòng)，甚至造成斷流現(xiàn)象，此時(shí)泵的性能曲線發(fā)生明顯變化，泵效必然大大降低，所耗電能將隨之劇增；如果進(jìn)一步加強(qiáng)注水系統(tǒng)管理及提高注水設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)質(zhì)量，合理操作控制注水泵運(yùn)行參數(shù)，加大設(shè)備更新和技術(shù)改造，注水泵效率有望達(dá)到76% 以上。因此，注水泵的效率是影響注水系統(tǒng)效率的主要因素。

在實(shí)際注水生產(chǎn)中，泵管不匹配導(dǎo)致泵管壓差大的問(wèn)題普遍存在，由注水系統(tǒng)效率的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析可以看出，注水泵軸功率、注水系統(tǒng)輸量和泵進(jìn)口壓力是恒定的，在一定范圍內(nèi)管壓隨泵壓的增大而增大，管壓越大注水系統(tǒng)效率越低，它是造成注水用電能耗過(guò)高的一個(gè)主要問(wèn)題。因此，注水泵管壓差是影響輸油系統(tǒng)效率的主要因素。

2、降低注水泵耗電量的途徑探討

根據(jù)對(duì)注水系統(tǒng)用電能耗的分析和確立的主要影響因素，又針對(duì)性的采取以下幾種提高注水系統(tǒng)效率降低注水用電能耗的主要途徑，見(jiàn)到了明顯的節(jié)電效果。

2.1加強(qiáng)維護(hù)和管理

在對(duì)注水泵進(jìn)行維護(hù)和管理過(guò)程中，主要需要從以下幾個(gè)方面著手：保持合理的吸水罐液位，加強(qiáng)注水機(jī)組管理和維護(hù)。

保持合理的吸水罐液位，減少注水系統(tǒng)的壓能損失，防止注水泵氣蝕，可顯著提高注水泵效進(jìn)而降低注水機(jī)組用電能耗。設(shè)計(jì)時(shí)注水泵的幾何安裝高度不超過(guò)泵的允許吸入高度，制定合理的調(diào)整操作制度，提高工人的技術(shù)素質(zhì)，熟練掌握操作規(guī)程，防止注水泵產(chǎn)生干吸現(xiàn)象，按輸送介質(zhì)合理選用泵型，避免注水泵發(fā)生汽蝕，提高注水泵的性能，即可提高注水泵效進(jìn)而降低注水機(jī)組用電能耗。

加強(qiáng)注水機(jī)組管理主要是合理控制注水泵運(yùn)行參數(shù)。根據(jù)離心泵性能曲線分析可知，要想使注水泵經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行，必須將注水泵的流量、揚(yáng)程參數(shù)控制在高效區(qū)域內(nèi)。因此，在日常注水生產(chǎn)中，要求操作工熟知離心泵的性能和實(shí)際注水的生產(chǎn)參數(shù)，合理控制和平穩(wěn)操作，將注水泵運(yùn)行參數(shù)始終控制在高效區(qū)域內(nèi)，即可確保注水泵在經(jīng)濟(jì)高效狀態(tài)下運(yùn)行。

加強(qiáng)注水機(jī)組維護(hù)保養(yǎng)主要是及時(shí)更換磨損嚴(yán)重的密封及過(guò)流部件，打光葉輪及導(dǎo)翼流道；選用潤(rùn)滑性能好的泵的盤(pán)根填料，泵盤(pán)根要加的松緊適宜；嚴(yán)密監(jiān)測(cè)機(jī)組震動(dòng)狀況和潤(rùn)滑油含水率；及時(shí)調(diào)整和維修將震動(dòng)量控在允許范圍內(nèi)；及時(shí)過(guò)濾注水機(jī)組的潤(rùn)滑油，確保其含水率合格；從而降低注水泵的各種損失，既可提高注水泵效率，降低耗電量。

2.2通過(guò)技術(shù)改造降低能耗

在技術(shù)改造方面，可通過(guò)在切削葉輪、注水泵葉輪減級(jí)和安裝變頻調(diào)節(jié)器方面進(jìn)行改善。

由離心泵切割定律知，在保持離心泵轉(zhuǎn)速不變的情況下，當(dāng)葉輪直徑由 變化時(shí)，其流量、揚(yáng)程和軸功率將按下列規(guī)律變化：

Q′/Q=D′/D

H′/H=（D′/D）2

N′/N=（D′/D）3

其中，D、D′為葉輪切削前、后的直徑；H、H′為葉輪切削前、后的揚(yáng)程；N、N ′為葉輪切削前、后的軸功率。

流量與葉輪的直徑成正比；揚(yáng)程與葉輪的直徑平方成正比；軸功率與葉輪的直徑立方成正比。也就是說(shuō)，葉輪切削后流量隨之相應(yīng)降低，而揚(yáng)程降低更大，軸功率降低最大。通過(guò)切削葉輪可以降低泵的揚(yáng)程，進(jìn)而降低泵管壓差；同時(shí)由于軸功率的大大降低，也表明了注水泵的用電能耗的降低。因此，注水系統(tǒng)效率得以提高，注水機(jī)組用電能耗得以降低。

如果注水系統(tǒng)的泵管壓差大于單級(jí)葉輪所提供的揚(yáng)程時(shí)，可考慮采用注水泵減級(jí)或減級(jí)與切削相配合的措施來(lái)降低泵管壓差，使之符合生產(chǎn)工藝要求，提高注水系統(tǒng)效率。油田在用注水泵均為多級(jí)分段式離心泵，由離心泵比例定律可知，在出口閥開(kāi)度和注水管線不變的條件下，當(dāng)注水泵的轉(zhuǎn)數(shù)變化時(shí)，其流量、揚(yáng)程和軸功率將按規(guī)律變化，流量與泵的轉(zhuǎn)數(shù)成正比；揚(yáng)程與泵的轉(zhuǎn)數(shù)平方成正比；軸功率與轉(zhuǎn)數(shù)立方成正比。此時(shí)，泵效基本不變。也就是說(shuō)，泵的轉(zhuǎn)數(shù)降低后流量隨之相應(yīng)降低，而揚(yáng)程降低更大，軸功率降低最大，由此看來(lái)調(diào)節(jié)泵轉(zhuǎn)數(shù)其節(jié)電效果顯著。即通過(guò)改變泵的轉(zhuǎn)數(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)注水泵性能參數(shù)的調(diào)節(jié)，來(lái)降低泵壓，進(jìn)而降低泵管壓差，提高注水系統(tǒng)效率，降低注水機(jī)組用電能耗。

綜上所述，在油田注水生產(chǎn)中，根據(jù)實(shí)際注水工藝要求和具體情況，有針對(duì)性的合理選擇以上節(jié)能途徑，使注水系統(tǒng)效率和注水泵效均得以顯著提高。提高注水系統(tǒng)效率降低耗電的途徑對(duì)降低企業(yè)生產(chǎn)成本提升經(jīng)濟(jì)效益確實(shí)起到了積極的指導(dǎo)作用。