變頻調(diào)速技術在5ZB—21/30注水泵中的應用

任鴻翔++張勝利

摘 要：油田注水是油田二次開發(fā)保持高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要有效措施，為實現(xiàn)能降耗的目標，采用變頻調(diào)速裝置可對注水泵的電動機實行變轉速調(diào)節(jié)，實現(xiàn)注水泵變水量控制，從而有效的節(jié)約電能損耗。本文主要闡述海上平臺5ZB-21/30、3ZB-11/25往復式注水泵的變頻調(diào)速技術在海上平臺使用的必要性、及柱塞式往復注水泵使用變頻控制技術的優(yōu)點和應用。

關鍵詞：變頻調(diào)速技術；海上平臺；運行參數(shù)；節(jié)能原理

前言

隨著注水開發(fā)時間的推移，地層的產(chǎn)出和注入量也發(fā)生變化，因此單井的配注量要不斷的調(diào)整。由于海上平臺注水壓力高、水量大，注水泵動力系統(tǒng)大多采用大功率電動機，且電壓、功率恒定，因此電動機長期處于高耗能狀態(tài)運行，造成電力的大量消耗，增加了采油成本，因此熟練掌握變頻器技術的節(jié)能原理以及應用方式，可以有效提高電氣設備的工作效率，保證電氣設備的正常運行，從而為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟效益。

1、變頻調(diào)速技術應用背景

海上油田開發(fā)過程中由于地層能量不斷衰減，常用注水方式以保持地層能量，進行海上油田開發(fā)。一方面，注水壓力高低是決定油田合理開發(fā)和地面管線及設備的重要參數(shù)?？紤]到后期開發(fā)注水井的增多，地質(zhì)情況的變化，開關井數(shù)的增減、洗井及供水不足的影響，經(jīng)常引起注水壓力波動，注水量不均勻，不穩(wěn)定。注水壓力低，注水量滿足不了海上油田開發(fā)的需要，必然會造成油層壓力下降；注水壓力及注水流程壓力過高，浪費動力，也造成超注，導致水淹、水竄；注水壓力控制難度大，一般海上油田注水泵流程大多采用傳統(tǒng)的水源井深井泵，將水供到儲水罐，再由喂水泵將水從儲水罐供給注水泵，最后由注水泵將水注入地層。注水泵電動機大多為大功率電動機，注水泵出口壓力通常是通過配水撬塊調(diào)節(jié)閥門來實現(xiàn)的，操作人員隨時靠觀察井口及注水泵壓力表的壓力來調(diào)節(jié)閥門來實現(xiàn)的，而注水泵電動機的額定轉速基本保持不變，這樣，對電動機而言，一般配置功率都較大，啟動沖擊電流大，能耗也大。“大馬拉小車”的現(xiàn)象十分嚴重，既浪費電能，又增加了平臺員工的勞動強度?，F(xiàn)海上cb32A、KF3#均采用柱塞式往復注水泵，在工頻條件下，注水泵運轉頻率保持在50Hz左右，基本不變化，由于電機轉速恒定，柱塞往復頻率是恒定的，因此，排量也是恒定的。在海上油田的實際開發(fā)過程中，對注水量的需求是變化的，在傳統(tǒng)的方式下，為滿足配注要求，主要是通過調(diào)節(jié)注水泵的回流閥門來實現(xiàn)，泵的無效功耗很大。同時，由于柱塞、進排液閥長期在工頻狀態(tài)下滿負荷載、高速工作，填料箱、柱塞、盤根、曲軸箱各部件的磨損以及進排液閥、彈簧的損壞頻率也很高。回流閥門長期處于半開狀態(tài)，受高壓水的沖擊，閥心容易磨損、變形導致關閉不嚴，給生產(chǎn)帶來不便。變頻調(diào)速技術可以實現(xiàn)對注水泵電動機的無級調(diào)速，依據(jù)注水壓力的要求自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量變化時保持管網(wǎng)水壓恒定，以滿足注水要求。充分利用變頻器的各種功能，能很好解決注水泵材料消耗高，維修率高，員工勞動強度大的問題。

2、5ZB-21/30、3ZB-11/25型柱塞式高壓注水泵工作原理

注水泵在工作時，由電動機通過皮帶和皮帶輪帶動曲軸，曲軸帶動連桿和十字頭及柱塞，將旋轉運動轉變?yōu)橹本€往復運動。柱塞開始往復運動的同時，吸、排液閥進入工作狀態(tài)，在吸入過程時，柱塞離開泵頭，向曲軸方向運行，使柱塞腔內(nèi)壓力下降，形成局部真空，于是進液管中的低壓液體在壓力作用下，打開進液閥，進入柱塞腔內(nèi)，當柱塞行至后死點時，進液閥受彈簧力作用而自行關閉，此時柱塞腔內(nèi)液體處于對外界封閉狀態(tài)，吸入過程結束，開始排出過程，柱塞向泵頭方向運行，由于液體不可壓縮的特點（壓縮值很小，故略而不計），柱塞腔內(nèi)封閉的液體在柱塞推力作用下提高壓力，當壓力升高到超過排液管道壓力的一定值時，排液法被打開，液體流入排液管道。當柱塞行至前死點時，排液閥受彈簧力作用而自行關閉，此時柱塞腔內(nèi)又一次處于封閉狀態(tài)，排液過程結束。如此反復循環(huán)進行，不斷將低壓液體提高壓力，排至高壓管道中去，實現(xiàn)泵的功能。

3、變頻調(diào)速節(jié)能原理

柱塞式往復泵電機安裝變頻后，可通過改變變頻器的頻率來控制注水泵電機的轉速，從公式可知，由于注水泵是衡轉矩負載，功率的變化與轉速的變化成一定比例關系，注水泵安裝變頻調(diào)速裝置后，變頻器運行頻率降低，注水泵轉速降低，消耗在電機上的功率降低，從而達到節(jié)能降耗的目的。

4、加裝柱塞式往復注水泵變頻控制系統(tǒng)

綜上所述，可見降低轉速能大大降低軸功率達到節(jié)能的目的。降低了轉速，流量就不再用關小注水撬塊調(diào)節(jié)閥來控制，調(diào)節(jié)閥出口始終處于全開狀態(tài)，避免由于關小閥門引起的水力損失增加，也避免了總效率下降，確保了能源的充分利用。當注水系統(tǒng)安裝變頻調(diào)速裝置后，可通過己設定的注水管網(wǎng)壓力來控制注水泵的開啟，確保穩(wěn)壓、高壓注水。控制變頻器輸出頻率的大小，從而改變注水泵的轉速，達到控制管網(wǎng)壓力恒定的目的、當實際管網(wǎng)壓力調(diào)節(jié)壓力值時，可通過調(diào)節(jié)注水泵變頻柜輸出頻率，實現(xiàn)變頻器輸出頻率上升，電動機轉速加快，管網(wǎng)壓力開始升高；反之，變頻器輸出頻率降低，電動機轉速下降，管網(wǎng)壓力降低，變頻器控制系統(tǒng)在水泵運行過程中形成可控參數(shù)控制，實行恒壓供水，保持注水系統(tǒng)和用量處于平衡狀態(tài)，實現(xiàn)注水泵調(diào)速控制。

5結論

變頻調(diào)速技術在平臺柱塞式往復注水泵的應用中，是根據(jù)實際情況設定管網(wǎng)水壓調(diào)節(jié)注水泵變頻柜頻率是先調(diào)節(jié)注水泵電動機的轉速，從而使注水管網(wǎng)中的壓力保持在給定值，以求最大限度的節(jié)約電能，并且系統(tǒng)能處于可靠運行狀態(tài)，實現(xiàn)恒壓供水、注水，系統(tǒng)水壓、水量的任何變化均能使管網(wǎng)中的壓力保持恒定，大大提高了注水質(zhì)量，同時也解決了電動機大馬拉小車，操作員工操作復雜、工作強度大等問題，目前在滯后注水、同步注水，變頻調(diào)速技術得到了廣泛的應用，不僅調(diào)速效果顯著，而且產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟效益，應用前景非常廣闊。

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