地面工程節(jié)能技術(shù)措施

李虹霖（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

石油作為不可再生資源，在當(dāng)今社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用；石油是工業(yè)的血液、國家的命脈，是最重要的戰(zhàn)略物資；石油與國家的政治、經(jīng)濟(jì)、外交乃至軍事密切相關(guān)?？梢哉f，石油對(duì)國家的能源安全至關(guān)重要。隨著油田的進(jìn)一步發(fā)展，人們所關(guān)注的問題已經(jīng)不僅僅是產(chǎn)量如何，“節(jié)能”這個(gè)詞語也越來越多地活躍在石油人的日常生活工作中。就地面工程中的設(shè)備運(yùn)行而言，節(jié)能的主要措施有兩種——變頻技術(shù)與涂膜技術(shù)。

1 變頻調(diào)速技術(shù)原理及特點(diǎn)

針對(duì)輸油泵、摻水泵排量變化較大的情況，引入變頻調(diào)速技術(shù)，更改泵的特性曲線，使其更加符合生產(chǎn)需求。離心泵的揚(yáng)程、流量和功率與轉(zhuǎn)速成正比，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)這些參數(shù)也隨之降低，尤其是功率變化最為明顯；因此，當(dāng)離心泵額定排量與實(shí)際需求不匹配時(shí)，降低離心泵的轉(zhuǎn)速是變工況條件下實(shí)現(xiàn)節(jié)能的最有效方法，節(jié)電效果最為明顯。

三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式為

式中：

f ——電源頻率，H z；

p——極對(duì)數(shù)；

s——轉(zhuǎn)差率。

由式（1）可知，當(dāng)其他參數(shù)一定時(shí)，轉(zhuǎn)速與頻率成正比。因此，變化頻率就成為改變轉(zhuǎn)速的最佳途徑?；谶@個(gè)原理，變頻調(diào)速電源采用變流元件組成的變頻器，如晶閘管等，通過這一方式改變電源頻率，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速n 的調(diào)節(jié)[1]。

目前最常用的變頻器主電路一般為交—直—交組成，外部輸入工頻電源，經(jīng)三相橋路整流成直流信號(hào)，經(jīng)濾波及大功率晶體管開關(guān)元件逆變成所需頻率的交流信號(hào)。

矩陣式交—交變頻是最新的技術(shù)，省去了直流的中間環(huán)節(jié)，繼而省去了電解電容這一體積大、價(jià)格貴的部件（圖1）。

圖1 矩陣式交—交變頻電路

變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn)：可調(diào)速的范圍較寬，可達(dá)20∶1，并且在調(diào)速范圍之內(nèi)均有高調(diào)速效率，故變頻調(diào)速技術(shù)適用在調(diào)速范圍寬，且常處于低負(fù)荷下的運(yùn)行狀態(tài)；調(diào)速效率高，屬于高效調(diào)速方式，只是在變頻裝置系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生變流損失，以及由于高次諧波影響，電動(dòng)機(jī)損耗累積，效率下降；如變頻裝置發(fā)生故障，可退出運(yùn)行，改由電網(wǎng)直接供電，泵仍可繼續(xù)保持運(yùn)轉(zhuǎn)；機(jī)械特性較強(qiáng)，進(jìn)行自動(dòng)控制時(shí)能高精度地運(yùn)行，將轉(zhuǎn)速波動(dòng)率完全控制在0.5%～1%；能兼作啟動(dòng)設(shè)備，即實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)功能[2]。

該技術(shù)適用于波動(dòng)負(fù)載，并可由電動(dòng)機(jī)調(diào)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行的機(jī)組。目前，低壓變頻技術(shù)（380V以下）比較成熟，已成為380V 電動(dòng)機(jī)的主要調(diào)速技術(shù)。

2 泵涂膜技術(shù)原理及特點(diǎn)

噴涂技術(shù)是通過表面強(qiáng)化技術(shù)在普通材料表面形成涂層，且具有各種特殊的性能，并將其賦予制品表面。通過對(duì)運(yùn)行時(shí)間較長的注水泵進(jìn)行涂膜，可使泵表面光滑，起到阻垢、防垢作用，并且能減少泵內(nèi)部機(jī)件的腐蝕與磨損，提高泵效，降低能耗，延長設(shè)備壽命。

涂膜技術(shù)特點(diǎn)：通過涂膜技術(shù)增加葉輪等泵部件表面光潔度，降低流體阻力，增高泵效；緩解涂膜部位結(jié)垢和腐蝕速度。

泵涂膜技術(shù)是一種成熟的油田節(jié)能技術(shù)，適用于長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)、老化嚴(yán)重、泵效降低、能耗增大的機(jī)泵，可以提高機(jī)泵的運(yùn)行效率。

另外，該項(xiàng)技術(shù)能夠適應(yīng)高壓、高速、長時(shí)間運(yùn)行的油田運(yùn)行環(huán)境，具有較理想的機(jī)械性能和抗腐蝕、氣蝕性能，能夠延長機(jī)泵機(jī)件的檢修周期，延長機(jī)件使用壽命，可廣泛應(yīng)用于外輸油泵、摻水泵、熱洗泵、老區(qū)注水泵的涂膜節(jié)能改造中[3]。

2013年2月—2013年11月，對(duì)8臺(tái)涂膜的注水泵進(jìn)行了涂膜前后數(shù)據(jù)測試，結(jié)果如表1所示。

表1 注水泵涂膜前后數(shù)據(jù)測試情況

檢測結(jié)果表明，注水泵涂膜后節(jié)能效果明顯，平均單耗下降0.24 kW h/m3，注水泵泵效提高2.09% 。按年運(yùn)行300天計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)年節(jié)電691.2×104 kW h，年節(jié)約電費(fèi)411萬元。該項(xiàng)工程投資169.6萬元，投資回收期0.41年。

在某采油廠11個(gè)轉(zhuǎn)油站摻水熱洗泵及輸油泵應(yīng)用了泵涂膜技術(shù)。由涂膜前后的月運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比可知：改造前平均泵效為50.07%，改造后平均泵效為52.39%，涂膜后泵效提高了2.32%；改造前平均輸油單耗為1.43% ，改造后平均輸油單耗為1.34%，輸油單耗下降了0.09%，平均節(jié)電率達(dá)6.03%。

3 結(jié)論

變頻技術(shù)和泵涂膜技術(shù)是主要的地面工程節(jié)能技術(shù)，并且具有很好的節(jié)能效果，只是仍然存在成本高、施工難度大、耗費(fèi)時(shí)間長等問題。相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展這些問題也能得到解決，并且提高其節(jié)能效果。

[1]汪耕米.350MW機(jī)組一次風(fēng)機(jī)葉片切割引起的思考[J].寶鋼技術(shù),1999(5):47.

[2]楊瑩.基于變頻調(diào)速的油田注水微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研制與開發(fā)[M].北京:北京工業(yè)大學(xué)出版社,2004.

[3]姜德華.用葉輪切削的方法降低離心泵揚(yáng)程[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011（23）:22.