油田低效電動機高效再制造技術(shù)研究

呂亳龍 林冉 魏江東 解紅軍（中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院）

油田低效電動機高效再制造技術(shù)研究

呂亳龍 林冉 魏江東 解紅軍（中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院）

電動機是油田生產(chǎn)中使用最多的耗電設(shè)備，中國石油油氣田共有各類電動機約20萬臺，總裝機功率925×104kW，由于低效電動機使用、生產(chǎn)負荷波動、機泵匹配不合理等原因造成部分電動機系統(tǒng)運行效率低，能量浪費嚴重。通過高效再制造技術(shù)，可將油田低效電動機個性化再制造為工況合理匹配運行的高效電動機，并具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。中國石油推廣低效電動機高效再制造技術(shù)，可形成年節(jié)能量1.03×104t（標(biāo)煤），減少CO2排放量2.54×104t。

低效電動機；再制造產(chǎn)業(yè)；試驗評價

電動機是油田生產(chǎn)中應(yīng)用量最大的耗能設(shè)備驅(qū)動裝置，應(yīng)用范圍廣，耗電量大。據(jù)統(tǒng)計，中國石油企業(yè)主要耗能設(shè)備驅(qū)動電動機共有20萬臺，年總耗電量約280×108kWh，占全油田總耗電量的65%左右。油田企業(yè)主要耗電設(shè)備集中在抽油機、注水泵兩類，總裝機容量占油田所有電動機的72%。目前，仍有部分在用電動機屬于《高耗能落后機電設(shè)備（產(chǎn)品）淘汰目錄》的低效電動機，既不符合國家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策的要求，又造成巨大的能源浪費。

1 技術(shù)特點

電動機高效再制造就是將低效電動機通過重新設(shè)計、更換零部件等方法，再制造成高效率電動機或適用于特定負載和工況的系統(tǒng)節(jié)能電動機（如變極多速電動機、變頻電動機、永磁電動機等）。電動機高效再制造不光用到新的材料，還有新的拆解、加工工藝，實施個性化重新設(shè)計。

電動機高效再制造技術(shù)實施個性化的與運行工況匹配的再制造，節(jié)能效果更好，沒有特殊尺寸安裝的問題，成本較低，與普通的維修改造相比，具有其特點[1]，見表1。

2 應(yīng)用研究

油田主要耗電設(shè)備集中在抽油機、注水泵兩類。其中，抽油機電動機單機裝機功率較小，負載波動較大、負載率低、“低負荷”現(xiàn)象嚴重，運行能效水平低；注水泵電動機單機裝機功率較大，負載相對平穩(wěn)，負載率高，運行能效水平相對較高。這兩類電動機代表著油田應(yīng)用最為廣泛的兩種功率范圍、兩種負載特性的電動機。因此，篩選了長慶油田某抽油機井在用Y160L-8普通三相異步電動機和注水泵在用Y355L2-6普通三相異步電動機各1臺進行再制造研究。

2.1 技術(shù)手段

電動機高效再制造是一項系統(tǒng)工程，需針對電動機各部分零部件，結(jié)合現(xiàn)場負載情況實施個性化的措施。具體表現(xiàn)在以下方面：

1）定子、轉(zhuǎn)子再制造。經(jīng)性能評估可以利舊的定子、轉(zhuǎn)子，通常需要重新設(shè)計，采用退火、精加工工藝等降低損耗。

2）定子線圈的拉出。再制造通常采用無損、安全環(huán)保的線圈拆解工藝。

3）轉(zhuǎn)軸的再制造。通過評估原轉(zhuǎn)軸的性能，確認其是否可以利舊，采用大軸改小軸等方式進行再制造。

4）機殼與端蓋的再制造。采用超聲波清洗，重新裝配、油漆等恢復(fù)外觀。

5）軸承的更換。因磨損或電蝕等造成損傷，需要更換軸承。

6）風(fēng)扇與風(fēng)罩的更換。通常需更換新型節(jié)能風(fēng)扇和散熱效率高的風(fēng)罩。

7）接線盒的更換。接線盒與接線裝置需滿足電動機個性化再制造的控制要求，通常需要更換。

表1 普通維修改造與電動機高效再制造的區(qū)別

表2 三相異步電動機改造前后效果對比表

2.2 運行情況分析

Y160L-8型三相異步電動機裝機功率為7.5 kW，由于抽油機負載波動較大，電動機長時間處于“低負荷”的輕載狀態(tài)運行，功率利用率低，將其再制造為7.5/5.5/3.75 kW的“三功率電動機”。

由表2可知，電動機常態(tài)處于3.75 kW低功率段運行，電動機功率因數(shù)提高0.177 7；電動機輸入有功功率降低0.292 kW；輸入無功功率降低4.701 kvar；運行效率提高到75.71%，由于電動機自身損耗降低，且負載率提高，其運行效率也顯著提高。通過計算，再制造后的“三功率電動機”運行有功節(jié)電率達16.49%，無功節(jié)電率達58.73%，綜合節(jié)電率達28.70%。

Y355L2-6型三相異步電動機裝機功率315 kW，運行相對平穩(wěn)，電動機負荷率較高，但由于制造工藝落后，定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅耗、雜散損耗均較大，無功功率較高，鐵芯發(fā)熱大，運行鐵芯溫度達57.7℃，運行效率不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，將其再制造為鑄銅轉(zhuǎn)子高效三相異步電動機。

由表2可知，由于電動機自身損耗降低，電動機無功功率減少4.2 kvar，降幅為4.5%；功率因數(shù)提高0.007 2，經(jīng)計算，該電動機驅(qū)動注水泵機組單位注水量電耗降低0.157 kWh/m3，機組運行單耗降低0.157 kWh/m3。電動機運行效率提高1.06百分點，滿足電動機運行能效等級要求，機組運行效率提高2.4%。

2.3 應(yīng)用效果評價

1）電動機高效再制造技術(shù)有良好的經(jīng)濟效益。根據(jù)試驗研究結(jié)果，電動機高效再制造技術(shù)應(yīng)用后，靜態(tài)投資回收期為2.2年，萬元投資節(jié)能量可達2.03 t（標(biāo)煤），高于中國石油電動機提效項目平均水平。

2）電動機高效再制造技術(shù)有良好的社會效益和能源效益。試驗電動機的材料利舊率分別達到98%和75%，節(jié)約了淘汰電動機廢舊鋼鐵熔煉以及新電動機電工鋼生產(chǎn)的額外能源消耗和金屬資源。據(jù)測算，試驗再制造電動機共節(jié)約硅鋼片1967 kg，節(jié)約鑄鐵1777 kg，節(jié)約新電動機生產(chǎn)能耗4.34 t（標(biāo)煤），減少CO2排放量27.05 t。

3 結(jié)論

電動機再制造是一項系統(tǒng)節(jié)能工程，具有較大的推廣前景。據(jù)測算，若對油田10×104kW電動機實施高效再制造，可形成年節(jié)電量3211×104kWh，萬元投資節(jié)能量為2.09 t（標(biāo)煤）。另外，可節(jié)約新電動機生產(chǎn)用硅鋼片601 t，節(jié)約鑄鐵543 t，節(jié)約新電動機生產(chǎn)過程能源消耗1 325.6 t（標(biāo)煤），相當(dāng)于減少CO2排放量3 466.6 t。

[1]李光耀.電動機高效再制造簡介[J].電動機與控制應(yīng)用，2012，39（4）：1-3.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.01.006

2016-10-21

（編輯 沙力妮）

呂亳龍，工程師，2012年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）（油氣儲運專業(yè)），從事油氣田與管道節(jié)能節(jié)水技術(shù)研究與管理支持工作，E-mail：lvbolong@petrochina.com.cn，地址：北京市志新西路3號中國石油規(guī)劃總院，100083。