前置增壓泵變頻控制系統(tǒng)在注水泵運(yùn)行中的故障分析

張成（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

注水泵是滿足油田注水、保證地層壓力的源設(shè)備，為了保證較長時期內(nèi)滿足油田注水需要，在設(shè)計上注水泵的容量選型一般都較大。在實(shí)際生產(chǎn)中，特別是在高壓注水系統(tǒng)中，注水泵泵壓與管壓之間存在較大的壓差，必須靠控制出口閥門來保證注水管網(wǎng)的注水壓力，這樣既造成大量的電能被白白地消耗掉，同時又由于泵壓較高對機(jī)泵的運(yùn)行也十分不利。如何解決這個問題一直以來是研究的主要對象，2008年6月對1#注水泵進(jìn)行了前置變頻裝置系統(tǒng)改造，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。運(yùn)行一段時間后，由于各方面原因達(dá)不到預(yù)期效果，于2011年6月拆除恢復(fù)原來運(yùn)行狀態(tài)。

1 注水泵存在的問題

在油田生產(chǎn)上，由于各種因素的影響注水量波動，引起注水系統(tǒng)運(yùn)行工況的變化，因不能及時調(diào)整相應(yīng)生產(chǎn)參數(shù)，以致于注水泵運(yùn)行過程中的流量出現(xiàn)過大或相對過小的現(xiàn)象，耗費(fèi)了大量的電能，對機(jī)泵也造成很大的損害。

1.1 流量調(diào)解

未安裝前置變頻裝置系統(tǒng)時，當(dāng)注水液量突然增加，就需要手動開大注水泵出口閥門調(diào)解注水量，調(diào)解不及時就會造成管壓降低，有時注水泵開到最大流量，超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，損害了設(shè)備，影響油田正常注水。

1.2 壓力調(diào)解

注水泵泵壓和管壓是隨著注水量的變化而變化的，注水泵運(yùn)行中最高壓力15.9 MPa，最低壓力13.9 MPa，注水量少壓力就高，反之則壓力降低。有時為了提高注水壓力就要控制注水泵的流量，這樣做的同時，注水流量又得不到保證，所以生產(chǎn)實(shí)際中很多時候是注水泵流量開到最大，由注水間根據(jù)注水井的需要自行調(diào)節(jié)。長期如此運(yùn)行增加了注水泵的磨損，降低了注水泵的使用壽命。

1.3 注水泵耗電量大，增加了原油生產(chǎn)的成本

由于注水泵長期處于超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，注水耗電量自然很大，由于設(shè)備生產(chǎn)參數(shù)得不到合理的調(diào)節(jié)，白白消耗了大量的電能，增加了原油生產(chǎn)的成本，同時對高壓機(jī)泵的運(yùn)行也十分不利，見表1。

表1 改造前注水系統(tǒng)綜合數(shù)據(jù)

2 改造后存在的問題

在保證油田配注要求的前提下，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，對葡一聯(lián)合站注水站1#注水泵進(jìn)行優(yōu)化減級并應(yīng)用加裝前置泵變頻技術(shù)，使其能耗降到最低，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。經(jīng)過一段時間的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)前置變頻系統(tǒng)裝置存在很多問題，雖然達(dá)到了節(jié)能降耗的目的，但影響了正常生產(chǎn)。

2.1 增壓泵流量滿足不了注水泵的需要

減級的1#注水泵的型號為D300-150×10A，流量300 m3/h，功率2240 kW，揚(yáng)程1580 m。經(jīng)過減級后只是揚(yáng)程發(fā)生了變化，流量不變，所選用的增壓泵型號為PCP-T-BC，流量300 m3/h，功率200 kW，揚(yáng)程150 m。兩臺泵的流量相同，在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，機(jī)泵不可能超負(fù)荷運(yùn)行，短時間內(nèi)可以，長時間就會損壞設(shè)備。由于前置增壓泵采用變頻控制系統(tǒng)，當(dāng)頻率為最高50 Hz 時輸出的流量還能滿足注水泵的工作需要，當(dāng)頻率低于45 Hz 以下時，輸出的流量就無法滿足注水泵的工作需要。

2.2 有效功率損耗過大

前置增壓泵在運(yùn)行過程中，當(dāng)流量達(dá)到300 m3/h時，泵壓和效率還能達(dá)到正常值，當(dāng)流量低于這個值的時候，流量減少，泵壓下降。根據(jù)前置增壓泵在運(yùn)行過程中的各項參數(shù)和特性曲線可以看出，前置增壓泵變頻控制系統(tǒng)所產(chǎn)生的有效功率損耗過大，機(jī)泵達(dá)不到最佳工況點(diǎn)。

2.3 保護(hù)裝置保護(hù)過于頻繁

在生產(chǎn)中為了更好地保護(hù)設(shè)備，防止突發(fā)事故造成設(shè)備損壞，每臺運(yùn)行機(jī)泵都裝有自動保護(hù)裝置，前置變頻系統(tǒng)也同樣裝有保護(hù)裝置。由于用于高壓注水系統(tǒng)生產(chǎn)的時間短以及選用的變頻系統(tǒng)和注水泵不匹配，保護(hù)裝置參數(shù)設(shè)置不合理，運(yùn)行中出現(xiàn)波動，保護(hù)裝置就會自動停泵，并且頻率過于頻繁，增加了操作人員的啟泵次數(shù)和勞動強(qiáng)度。

2.4 節(jié)能效果差，注水單耗過高

從表2可以看出前置增壓變頻控制系統(tǒng)剛運(yùn)行時，是有一定的節(jié)能降耗作用的。

表2 改造后注水系統(tǒng)綜合數(shù)據(jù)

前置增壓泵變頻系統(tǒng)運(yùn)行到后期，由于增壓泵超負(fù)荷運(yùn)行，機(jī)泵出現(xiàn)了各種問題。如泵軸斷裂、機(jī)械密封漏失嚴(yán)重等，都嚴(yán)重影響了注水泵的運(yùn)行，達(dá)不到節(jié)能要求。注水耗電量也恢復(fù)到原先的水平45 000 kWh/d 左右，注水單耗為5.8 kWh/m3左右，達(dá)不到節(jié)能降耗的目的。

3 變頻控制系統(tǒng)的改進(jìn)措施

目前，大慶油田注水系統(tǒng)多數(shù)是采用前置增壓泵變頻控制系統(tǒng)裝置，注水泵進(jìn)行優(yōu)化減一級后與前置增壓泵變頻控制系統(tǒng)配合，使注水泵的進(jìn)口壓力達(dá)到0.8 MPa 左右，達(dá)到平衡注水泵壓力的目的。我們在選用前置泵時，要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況使之與注水泵各項參數(shù)相匹配，同時在選擇前置增壓泵流量上要比注水泵的流量大100 m3/h，這樣當(dāng)變頻器處于45 Hz 以下生產(chǎn)調(diào)解時，增壓泵同樣能達(dá)到注水泵流量的需求，實(shí)現(xiàn)真正意義上的變頻調(diào)速，減少設(shè)備的損壞，延長設(shè)備的使用壽命。大慶油田采油四廠注水站已經(jīng)采取了這種措施，并且運(yùn)行后節(jié)能效果比較好。

4 結(jié)語

綜合上述的各項數(shù)據(jù)和設(shè)備的優(yōu)越性可以看出，注水泵安裝前置增壓泵變頻控制系統(tǒng)空間還是很大的，當(dāng)注水泵的各項參數(shù)與前置增壓泵變頻控制系統(tǒng)相匹配后，延長了泵的使用壽命，減少了機(jī)泵的維修費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了一次性投入長期收益，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，同時也減輕了員工的勞動強(qiáng)度。