淺析永磁調(diào)速技術(shù)在機泵中應用

歐陽華章(大慶油田有限責任公司第一采油廠，黑龍江 大慶 163113)

淺析永磁調(diào)速技術(shù)在機泵中應用

歐陽華章(大慶油田有限責任公司第一采油廠，黑龍江 大慶 163113)

油水泵采取永磁調(diào)速技術(shù)是油田地面系統(tǒng)優(yōu)化簡化工藝一種新的嘗試，新的舉措。這種控制方式，滿足油田油水泵運行要求，可在負荷率低的油水泵設(shè)備上應用，降低生產(chǎn)運行成本，節(jié)能降耗效果突出。

永磁調(diào)速；變頻調(diào)速；節(jié)能降耗

多年來，油田地面系統(tǒng)油水泵運行一般采用變頻調(diào)速技術(shù)進行控制，由于大量變頻器在電網(wǎng)中運行，對整個電網(wǎng)造成諧波污染，極易造成用電設(shè)備絕緣擊穿、元器件損壞、儀表測量數(shù)據(jù)誤差等，對油田正常生產(chǎn)造成危害。目前，永磁調(diào)速技術(shù)日趨成熟，各行業(yè)都有大量應用，該技術(shù)已被國家發(fā)改委列入國家重點節(jié)能設(shè)備推廣技術(shù)。永磁調(diào)速設(shè)備與電網(wǎng)無關(guān)，完全避免了諧波污染問題，我們開展油水泵永磁調(diào)速技術(shù)應用情況研究，對油水泵節(jié)能降耗多途徑進行探索，為采油一廠地面系統(tǒng)節(jié)能降耗提供依據(jù)。

1 永磁調(diào)速技術(shù)應用情況

目前油田早期建成的機泵排量與生產(chǎn)運行中的實際排量相差較大，機泵的運行匹配也很難適應實際用量的季節(jié)性調(diào)整。離心泵的流量調(diào)節(jié)，傳統(tǒng)方法是通過調(diào)節(jié)出口閥的開度來實現(xiàn)，由于出口閥節(jié)流，離心泵運行效率較低，能耗損失較大。近年來，油田集輸系統(tǒng)普遍采用變頻調(diào)速技術(shù)控制機泵運行，達到節(jié)能降耗的目的。變頻技術(shù)的大量應用對油田電網(wǎng)造成諧波污染，諧波對電力系統(tǒng)運行及用電設(shè)備產(chǎn)生一系列影響。鑒于目前現(xiàn)狀，我們探討永磁調(diào)速技術(shù)現(xiàn)場應用。

1.1 工作原理

永磁調(diào)速技術(shù)通過調(diào)節(jié)扭矩來實現(xiàn)速度控制。當導體轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，導體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相對運動，交變磁場通過氣隙在導體轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生渦流。同時，渦流產(chǎn)生感應磁場與永磁轉(zhuǎn)子相互作用，從而帶動永磁轉(zhuǎn)子沿著與導體轉(zhuǎn)子相同方向旋轉(zhuǎn)，在負載側(cè)輸出軸上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，從而帶動負載做旋轉(zhuǎn)運動。負載要求扭矩小，電機輸出扭矩小，相應輸出功率也小。當永磁調(diào)速驅(qū)動裝置接到一個控制信號，如壓力、流量、液位等信號傳到控制器，并對信號進行識別和轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生一個機械操作指令，來調(diào)節(jié)導體和永磁體之間的間隙大小，從而調(diào)節(jié)永磁調(diào)速驅(qū)動裝置輸出端的扭矩大小，獲得可調(diào)整、可控制、可重復的負載轉(zhuǎn)速，進而實現(xiàn)電機功率可控，達到節(jié)能的目的。

對于離心泵，當泵的轉(zhuǎn)速由n1變到n2時，其相似工況點排量Q、揚程H及軸功率P的變化關(guān)系為：

Q1/Q2=n1/n2 H1/H2=（n1/n2）2P1/P2=（n1/n2）3

由上式可知，離心泵排量與轉(zhuǎn)速成正比，揚程與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。轉(zhuǎn)速變化后，將引起相應排量、揚程和軸功率的變化。這是改變離心泵工況的有效途徑，即通過改變轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)離心泵輸出功率的調(diào)節(jié)。

1.2 現(xiàn)場運行及效果

1.2.1 聚中七放水站

2012年11月在聚中七放水站3#污水泵上安裝了永磁調(diào)速裝置。該崗現(xiàn)有4臺污水泵，兩用兩備，單泵額定流量280m3/h，額定揚程80m，電機轉(zhuǎn)速2970rpm，額定功率90KW。正常情況下，2臺污水泵額定流量為13440m3/d。2012年底，該站實際外輸污水量約為8000m3/d。永磁調(diào)速裝置安裝于已有泵和電機之間，電機位置向后移動了35cm，對原有泵基礎(chǔ)只是進行了延伸。

由于實際排放能力小于泵的正常工作能力，正常情況下，通過調(diào)節(jié)泵出口閥的開度來調(diào)節(jié)泵的流量，而污水泵依然在額定轉(zhuǎn)速下運行，這樣就使一部分能源消耗在閥門上，造成了能源浪費，同時也加大了閥門的損耗，閥門更換次數(shù)增多。安裝永磁調(diào)速裝置后，在閥門全開的情況下，根據(jù)污水罐液位高度自動調(diào)節(jié)污水泵的轉(zhuǎn)速，節(jié)能效果明顯。

2012年11月29日，中國石油天然氣集團公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測評價中心對聚中七放水站3#污水泵未采用永磁調(diào)速驅(qū)動器的運行功耗情況進行了現(xiàn)場測試，主要測試參為準。

3#污水泵永磁調(diào)速裝置投資費用18萬元，在上述運行狀態(tài)下，單耗下降0.17 kWh/m3，年節(jié)電為0.17×159.5×365×24= 23.75×104kWh，節(jié)約電費15.15萬元。

3#污水泵安裝永磁調(diào)速裝置前，聯(lián)軸器頻繁損壞，平均使用周期不到一周，安裝永磁調(diào)速裝置后避免了上述問題。

1.2.2 中604轉(zhuǎn)油站

2014年7月在中604轉(zhuǎn)油站1#摻水泵安裝永磁調(diào)速裝置。該站有3臺摻水泵，為適應單井摻水量變化，摻水泵每年6月-9月一用兩備，其余時段兩用一備。單泵額定流量65 m3/h，額定揚程200m，電機轉(zhuǎn)速2970rpm，額定功率75kw。永磁調(diào)速裝置安裝在電機與泵之間，將電機與泵聯(lián)軸器拆開后，將電機向后移動40cm以留出永磁調(diào)速裝置的安裝位置。對設(shè)備基礎(chǔ)進行改造，增加電機移動后的安裝基礎(chǔ)及永磁調(diào)速驅(qū)動器執(zhí)行器安裝基礎(chǔ)。

2014年8月6日，中國石油天然氣集團公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測評價中心對1#摻水泵未采用永磁調(diào)速驅(qū)動裝置的運行功耗情況進行了現(xiàn)場測試。11月13日，節(jié)能技術(shù)監(jiān)測評價中心對1#摻水泵采用永磁調(diào)速驅(qū)動裝置的運行功耗情況進行了現(xiàn)場測試，由于冬季摻水量較大，運行1#、2#摻水泵，2#摻水泵工頻運行，1#摻水泵永磁調(diào)速運行，主要測試實際參數(shù)為準。

1#摻水泵永磁調(diào)速裝置投資費用17萬元，在上述運行狀態(tài)下，單耗下降0.10 kWh/m3，年節(jié)電為0.10×46.79×365×24=4.1× 104kWh，節(jié)約電費2.62萬元。

永磁調(diào)速技術(shù)在聚中七放水站3#污水泵應用3年，在中604轉(zhuǎn)油站1#摻水泵應用近2年，設(shè)備運行穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯：聚中七放水站3#污水泵節(jié)電率30.08%，中604轉(zhuǎn)油站1#摻水泵節(jié)電率16.75%。

2 結(jié)語

永磁調(diào)速技術(shù)適用于油田地面系統(tǒng)機泵不同運行工況調(diào)速要求，對于負荷率低的機泵調(diào)速運行節(jié)電效果更好。永磁調(diào)速技術(shù)相比于變頻調(diào)速技術(shù)，不產(chǎn)生諧波干擾，設(shè)備折舊年限較長，在這兩方面具有一定的優(yōu)勢。