轉(zhuǎn)油站機(jī)泵節(jié)能技術(shù)與方法應(yīng)用分析

胡延軍（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

轉(zhuǎn)油站承擔(dān)著采油隊(duì)抽油機(jī)、螺桿泵、電泵井的產(chǎn)液、產(chǎn)氣處理和含水原油外輸及集油管網(wǎng)摻水、油井熱洗等任務(wù)，是油田油氣集輸?shù)膶Ｓ脠?chǎng)所。油田現(xiàn)場(chǎng)能耗主要分為采油、集輸、注入三大系統(tǒng)能耗，其中轉(zhuǎn)油站集輸系統(tǒng)能耗占總能耗的比例為70%左右，而輸油泵、摻水泵、熱洗泵又是油氣集輸系統(tǒng)中的主要耗電設(shè)備，占集輸耗電的60%，存在一定的節(jié)能潛力。通過調(diào)查轉(zhuǎn)油站機(jī)泵運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)綜合耗電高的主要原因，并采取行之有效的措施來遏制能耗的上升，為轉(zhuǎn)油站節(jié)能降耗提供技術(shù)支持是油田亟待解決的問題。

1 轉(zhuǎn)油站機(jī)泵能耗分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)驅(qū)動(dòng)各種泵的電動(dòng)機(jī)超過5×106kWh，每年要消耗800×106～1000×106kWh 的能量，占我國(guó)工業(yè)能源消耗量的75%，總能源消耗量的60%[1]。經(jīng)統(tǒng)計(jì)某作業(yè)區(qū)2010—2013年集輸油系統(tǒng)年耗電為2500×104kWh 左右，主要包括轉(zhuǎn)油站外輸油、摻水、熱洗耗電，如轉(zhuǎn)油站外輸油系統(tǒng)輸液?jiǎn)魏?，最高的站輸液?jiǎn)魏臑?.46 kWh/m3，最低的站輸液?jiǎn)魏膬H0.1 kWh/m3。

1.1 外輸泵能耗分析

本站外輸泵型號(hào)為155D—30A×4，額定電流164 A，理論排量為3720 m3/d，而目前最高流量為3200 m3/d 左右。為了平穩(wěn)輸油，采用控制泵出口閥門的開啟度來調(diào)節(jié)外輸排量，但這樣截流損耗大，大量電能消耗在克服截流部件的阻力上，損失率可達(dá)到16%～19%，導(dǎo)致泵不在經(jīng)濟(jì)高效區(qū)內(nèi)運(yùn)行。實(shí)際運(yùn)行時(shí)泵管壓差達(dá)到0.7 MPa，超過大慶油田規(guī)定的泵管壓差值0.5 MPa 的標(biāo)準(zhǔn)。綜合情況分析，泵機(jī)組運(yùn)行效率低的主要因素是泵管壓差大以及泵流量、揚(yáng)程與實(shí)際生產(chǎn)需要不相匹配。本站2013年輸油全年總耗電為230 310 kWh。

1.2 摻水泵能耗分析

油井生產(chǎn)所需的拌熱摻水量是隨著油井回油溫度和環(huán)境溫度升高而逐漸減少的。本站從2003年采取了夏季停摻水泵管理，使油井摻水總量大大減少。隨著油田進(jìn)入高含水期的開采，油井產(chǎn)液、含水逐漸上升，使不摻水生產(chǎn)的油井?dāng)?shù)逐漸增多，結(jié)合近年季節(jié)和環(huán)境因素的變化，給延長(zhǎng)停泵時(shí)間提供了內(nèi)在及外在條件。

另外冬季摻水泵輸送的液體為緩沖罐沉降的含油污水，水質(zhì)差、礦化度高，在長(zhǎng)期高溫運(yùn)行狀態(tài)下，造成泵內(nèi)結(jié)垢腐蝕，泵效明顯下降。轉(zhuǎn)油站每年定期酸洗，定時(shí)定量加注緩蝕阻垢劑，但治標(biāo)不治本，只能暫時(shí)延緩泵垢的危害，而且這些化學(xué)藥品會(huì)造成環(huán)境污染，損害泵內(nèi)機(jī)件。本站2013年摻水泵全年總耗電為401 385 kWh。

1.3 熱洗泵能耗分析

本站兩臺(tái)熱洗泵機(jī)組主機(jī)型號(hào)為YD48—50×12，揚(yáng)程為600 m，額定排量為48 m3/h；副機(jī)型號(hào)為YB315M—2，功率132 kW，額定電流242.3 A。根據(jù)實(shí)際洗井經(jīng)驗(yàn)，熱洗壓力達(dá)到4 MPa 左右可保證洗井質(zhì)量（另有洗井溫度作為熱洗輔助條件）?，F(xiàn)有機(jī)組在正常洗井時(shí)（即井、間、站控制良好，沒有憋壓現(xiàn)象），電流控制在180～200 A 之間，熱洗壓力即可到5～6 MPa。另外近年來螺桿泵增多，因其為容積式的轉(zhuǎn)子泵，洗井時(shí)，熱洗泵排量大，螺桿泵需要熱洗排量相對(duì)較少，使熱洗泵的大量熱洗水打到摻水管線內(nèi)做無效水循環(huán)。因此現(xiàn)有機(jī)組整體技術(shù)參數(shù)與實(shí)際生產(chǎn)不匹配，存在“大材小用”現(xiàn)象，設(shè)備沒有充分發(fā)揮其功效，從而造成實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中大量電能浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)2013年熱洗泵全年總耗電為94 726 kWh。

2 轉(zhuǎn)油站機(jī)泵節(jié)能措施

機(jī)泵能耗高是由機(jī)泵運(yùn)行效率低引起的，機(jī)泵的運(yùn)行效率由泵的運(yùn)行工況點(diǎn)所決定，泵的工況點(diǎn)就是離心泵特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)，即離心泵給出的能量與管路輸送液體所消耗的能量相等的點(diǎn)稱為離心泵工況點(diǎn)。而要提高離心泵運(yùn)行效率就要用技術(shù)的手段調(diào)整離心泵的工況點(diǎn)，也就是讓離心泵在最佳工況區(qū)內(nèi)運(yùn)行。現(xiàn)場(chǎng)廣泛采用的是改變離心泵性能曲線的方法來調(diào)整離心泵的工況點(diǎn)。

結(jié)合2013年油田老區(qū)改造，提出了各類機(jī)泵的節(jié)能措施，在1—9月份間實(shí)施，達(dá)到了預(yù)期的效果，且收到了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

2.1 外輸泵節(jié)能措施

2.1.1 離心泵減級(jí)

本站有3 臺(tái)外輸泵，1#、2#為變頻泵，因此對(duì)3#工頻泵改造減級(jí)，由四級(jí)減為三級(jí)（減去第三級(jí)葉輪，中間加入相應(yīng)尺寸減級(jí)套填補(bǔ)）。2013年4月改造實(shí)施完畢，減級(jí)后泵管壓差降低，輸油平穩(wěn)。見表1、表2。

表1 3#外輸泵減級(jí)前后各參數(shù)對(duì)比

表2 3#外輸泵減級(jí)前后能耗對(duì)比

減級(jí)后按月節(jié)電6000 kWh 計(jì)算，年節(jié)電3.6×104kWh（按運(yùn)行6 個(gè)月計(jì)算），年節(jié)約電費(fèi)1.970 2萬(wàn)元（按0.547 3 元/kWh 標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算）。輸液?jiǎn)魏挠?.22 kWh/m3下降至0.16 kWh/m3。

2.1.2 應(yīng)用變頻技術(shù)

轉(zhuǎn)油站2 臺(tái)外輸泵安裝變頻（一拖二）裝置。

由交流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式n=60f（1-S）/P可知，在磁極對(duì)數(shù)P 和轉(zhuǎn)差率S 不變時(shí)，如均勻地改變電源的頻率f ，就可平滑地改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n ，因此變頻器是通過改變供電頻率來改變電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速，使與電動(dòng)機(jī)相連的泵轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同，泵出口閥門可處于全開狀態(tài)，使機(jī)泵達(dá)到“無阻力”輸送，同時(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)控泵運(yùn)行參數(shù)，維持液位或壓力穩(wěn)定在設(shè)定位置上，保證外輸泵在最佳工況區(qū)域運(yùn)行，避免無效損耗。實(shí)踐證明，利用變頻調(diào)速避免了設(shè)備“大馬拉小車”，節(jié)能效果明顯。

變頻技術(shù)調(diào)速范圍寬，調(diào)速效率高；功率因數(shù)一般保持在0.92 左右，啟動(dòng)次數(shù)不受限制，啟動(dòng)損耗小，對(duì)電網(wǎng)沖擊小，啟動(dòng)電流約為額定電流的1～1.2 倍，電動(dòng)機(jī)繞組不會(huì)過熱；可有效延長(zhǎng)機(jī)泵及相關(guān)設(shè)備的使用壽命，進(jìn)一步降低裝置運(yùn)行噪聲，操作簡(jiǎn)單，安全可靠。應(yīng)用此技術(shù)與更換機(jī)泵相比將大大減少投資。

應(yīng)用變頻調(diào)速裝置消除了閥門截流產(chǎn)生的無功能耗。變頻運(yùn)行頻率僅為33 Hz，站內(nèi)泵管壓差由原來的0.7 MPa 下將至0.1 MPa，轉(zhuǎn)油站日均節(jié)電240 kWh，年節(jié)電4.32×104kWh（按運(yùn)行6 個(gè)月計(jì)算），年節(jié)約電費(fèi)2.364 3 萬(wàn)元（按0.547 3 元/kWh標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算）。在來液量穩(wěn)定、生產(chǎn)條件允許的情況下，將變頻由自動(dòng)改為手動(dòng)運(yùn)行，每天還可多節(jié)電100 kWh。

2.2 摻水泵節(jié)能措施

2.2.1 延長(zhǎng)停摻時(shí)間

轉(zhuǎn)油站2003年開始冷輸試驗(yàn)，季節(jié)性停爐停泵。每年夏季都停用摻水泵來實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。按平常管理全年停運(yùn)摻水泵時(shí)間為5月初—9月末，共5個(gè)月。但根據(jù)近年來氣候變化，自然環(huán)境溫度有所升高，且隨著油田的深入發(fā)展，含水由開發(fā)初期的50%上升到現(xiàn)在的95%以上，管道沿程摩阻下降，原油流動(dòng)性增強(qiáng)，摻水伴熱作用顯著降低。根據(jù)環(huán)境及原油物性變化，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)跟蹤調(diào)查，并總結(jié)管理經(jīng)驗(yàn)，本站在原有停摻時(shí)間上前后各延長(zhǎng)1 個(gè)月——提前1 個(gè)月停泵和推遲1 個(gè)月啟泵，也就是停泵時(shí)間改為每年4月初—10月末，由原來的5 個(gè)月延長(zhǎng)至7 個(gè)月，多停摻2 個(gè)月。本站2013年開始嘗試此管理方法，同樣保證了生產(chǎn)正常運(yùn)行，同時(shí)達(dá)到了節(jié)能效果。

啟動(dòng)摻水泵日耗電為2000 kWh 左右，按上述管理方法，年節(jié)約電費(fèi)：2000×60×0.547 3=6.567 6 萬(wàn)元（按60 d，0.547 3 元/kWh 標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算）。

2.2.2 應(yīng)用涂膜技術(shù)

摻水泵涂膜處理技術(shù)是將泵殼體、葉輪、導(dǎo)翼等泵內(nèi)主要過流機(jī)件，經(jīng)過高光潔度材料涂層后，減小能量損失，增加流速，從而提高泵效，進(jìn)而節(jié)省電耗。其特點(diǎn)是涂層不易破損脫落，可使泵內(nèi)流道表面光滑，降低粗糙度，水力條件良好，不易結(jié)垢，并且抗流體腐蝕和氣蝕損害。

目前，本站2 臺(tái)摻水泵已于2013年1月份增效涂層完畢并投運(yùn)生產(chǎn)，運(yùn)行良好。據(jù)計(jì)算涂膜后日節(jié)電130 kWh。截至2013年12月底已累計(jì)運(yùn)行3600 h（4—10月份停摻），年節(jié)電1.95×104kWh，年節(jié)約電費(fèi)1.067 2 萬(wàn)元（按0.547 3 元/kWh 標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算）。

2.3 熱洗泵節(jié)能措施

2.3.1 更換機(jī)組

整體更換熱洗泵機(jī)組。更換主機(jī)型號(hào)為DYGA150—80×12，揚(yáng)程600 m，額定排量25 m3/h；副機(jī)型號(hào)為YBZ—280M—2，功率90 kW，額定電流160 A。在裝配中直接減去泵一級(jí)葉輪——由12級(jí)減為11 級(jí)（減去中間一級(jí)葉輪，并加入相應(yīng)尺寸工藝套填補(bǔ)）。2013年6月實(shí)施完畢，機(jī)組運(yùn)行正常，熱洗效果良好。見表3、表4。

表3 熱洗泵機(jī)組更換前后各參數(shù)對(duì)比

表4 熱洗泵機(jī)組更換前后能耗對(duì)比

機(jī)組更換后按每次洗井節(jié)電200 kWh 計(jì)算，年節(jié)電2.14×104kWh，年節(jié)約電費(fèi)1.171 2 萬(wàn)元（按0.547 3 元/kWh 標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算）。

2.3.2 單泵分洗

一般采用一泵一井的熱洗方式洗井，但在實(shí)際洗井生產(chǎn)中，由于具體井所需熱洗排量有限（例如螺桿泵洗井排量為8～9 m3/h），熱洗泵排量又較大，為防止洗井壓力過高，造成干線穿孔等事故，通常在轉(zhuǎn)油站或計(jì)量間內(nèi)泄壓，這樣就會(huì)導(dǎo)致剩余的熱洗水量做無效循環(huán)。針對(duì)此問題，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)跟蹤調(diào)查，摸索出啟動(dòng)1 臺(tái)熱洗泵同時(shí)分洗2 口油井的方法。具體做法是選擇1 口抽油機(jī)和1 口螺桿泵或2 口螺桿泵井同時(shí)洗井（動(dòng)液面都在300～400 m以下最好）。洗井時(shí)把壓力控制在3～4 MPa 之間，先把洗井液導(dǎo)入所需壓力較高的油井，控制正常后，再把剩余熱洗液導(dǎo)入另一口油井進(jìn)行洗井。該方法自2013年在本站實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了單泵次洗井情況下運(yùn)行效率最大化，既保證了洗井效果和正常生產(chǎn)，又有效地利用了能源，達(dá)到了節(jié)能的目的。

本站平均洗井周期112 d，年計(jì)劃洗井150 井次，采用單泵分洗后，年減少洗井43 井次。每次洗井耗電400 kWh；年節(jié)約電費(fèi)：400×43×0.547 3＝0.941 3 萬(wàn)元（按0.547 3 元/kWh 標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算）。

3 結(jié)論

1）根據(jù)油田生產(chǎn)動(dòng)態(tài)變化及時(shí)優(yōu)化機(jī)泵運(yùn)行參數(shù)和采取節(jié)能措施，是提高機(jī)泵泵效和系統(tǒng)效率、降低機(jī)泵生產(chǎn)耗電的重要手段。

2）加強(qiáng)轉(zhuǎn)油站的實(shí)際運(yùn)行管理，進(jìn)一步改造制約油田生產(chǎn)中的耗能問題，對(duì)油田節(jié)能降耗具有重要意義。

3）節(jié)約、高效生產(chǎn)已納入油田的日常管理中，廣大員工應(yīng)根據(jù)油田系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的變化不斷改進(jìn)完善節(jié)能方法和措施，為油田實(shí)現(xiàn)有質(zhì)量、有效益、可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

[1]姬忠禮,鄧志安,趙會(huì)軍.泵和壓縮機(jī)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2009.