液力耦合調(diào)速器（UCD）在油田注水系統(tǒng)應(yīng)用可行性分析

摘 要：詳細(xì)分析了液力耦合調(diào)速器（UCD）應(yīng)用在油田注水系統(tǒng)的優(yōu)點，對比目前油田注水系統(tǒng)上常用的變頻器，得出液力耦合調(diào)速器（UCD）應(yīng)用節(jié)能效果更好的結(jié)論，液力耦合調(diào)速器（UCD）具有調(diào)速精度高，調(diào)速范圍廣以及響應(yīng)速度快等突出優(yōu)點，在油田注水領(lǐng)域具有較高的推廣價值和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：液力耦合調(diào)速器;調(diào)速;油田注水;應(yīng)用;分析

在油田注水時，需要做好對水泵排量的有效管控，只有這樣才能夠保證注水壓力的穩(wěn)定。在當(dāng)下對于水泵排量的管控，一般都是采用相關(guān)閉環(huán)控制技術(shù)來實現(xiàn)對泵口排量的控制，進(jìn)而實現(xiàn)對管網(wǎng)壓力的有效管控。該方式既可以實現(xiàn)對注水工藝的完善優(yōu)化，提高工作效率，減少人工工作量，并且還可以減少在這一方面的成本支出，性價比非常高。

1 油田注水及變頻調(diào)速問題

在油田注水過程中，必須保證水壓力的穩(wěn)定，往往通過調(diào)節(jié)控制注水泵排量實現(xiàn)控制注水壓力。在以往都是采用對水泵閘門和回流閘閥進(jìn)行調(diào)控，來實現(xiàn)對水壓的控制，但是該方式的穩(wěn)定性相對較差，與工作人員的操作存在密切關(guān)系，并且工作量也非常大，無法有效確保水壓的穩(wěn)定。變頻調(diào)速裝置的缺陷：①污染大，治理費用高。變頻器會在運行中出現(xiàn)諧波電磁污染;②整體成本較高，經(jīng)濟(jì)效益較低;③雖然自動化程度比較高，但容易產(chǎn)生故障，并且在操作維護(hù)中的難度也相對較大;④應(yīng)用范圍較小，多用于500kW以下的小型電機。

2 油田注水系統(tǒng)應(yīng)用液力耦合調(diào)速器（UCD）可行性分析

2.1 油田注水應(yīng)用液力耦合調(diào)速器（UCD）調(diào)節(jié)控制原理

工作介質(zhì)是油，油膜厚度的是利用調(diào)整離合器活塞的壓力來實現(xiàn)對厚度的調(diào)整，然后再通過油膜剪切力實現(xiàn)對S型摩擦片扭矩的傳遞，進(jìn)而使摩擦片徹底擬合，輸入輸出轉(zhuǎn)速完全一致（0%滑動），傳動效率為99%。

中央控制器PX-10001、PX-10002顯示器能夠?qū)崿F(xiàn)對整個系統(tǒng)實時運行情況的監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)異常并報警。

液力耦合調(diào)速器（UCD）能夠遵循既定的信號進(jìn)行線性調(diào)速，達(dá)成100%結(jié)合。根據(jù)要求，能夠從0到100%1，允許離合器的輸出轉(zhuǎn)速從零轉(zhuǎn)速到與電機相同的轉(zhuǎn)速變化。

閉環(huán)控制的具體流程如下：水泵的運行狀態(tài)是由中央控制器來進(jìn)行監(jiān)控和處理的，在水泵運行時，中央控制器會自動采集和函數(shù)相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)，并將相應(yīng)的參數(shù)數(shù)據(jù)也相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)特性曲線比較計算。在運行中尤其需要強化對注水站總線壓力、流量兩個方面的實時監(jiān)測和有效管控。

同時還需要設(shè)置壓力變速器在出口管線位置，以實現(xiàn)對出口壓力的實時檢測，并把相關(guān)數(shù)據(jù)反饋中央控制器中;通過模糊推理，系統(tǒng)會在保證總線壓力的情況下，自動對UCD、水泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，從而實現(xiàn)對水壓的有效管控。在以上控制過程的作用下，就可以使水泵的注水壓力、流量與既定的標(biāo)準(zhǔn)壓力、標(biāo)準(zhǔn)流量相匹配，實現(xiàn)動態(tài)平衡。

系統(tǒng)能夠有效完成閉環(huán)控制，通過調(diào)控流量壓力兩方面的參數(shù)，完成對實時流量、壓力與地層所需流量壓力的雙方面調(diào)節(jié);利用模糊推理來計算出最優(yōu)控制結(jié)果，并將結(jié)果及時反饋控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)對UCD轉(zhuǎn)速的科學(xué)調(diào)整。

2.2 液力耦合調(diào)速器（UCD）調(diào)速技術(shù)發(fā)展優(yōu)勢及特點

液力耦合調(diào)速器（UCD）調(diào)速技術(shù)經(jīng)過30年的發(fā)展，已成為一種非常成熟、經(jīng)濟(jì)、可靠的節(jié)能調(diào)速裝置。此技術(shù)已廣泛應(yīng)用于鋼廠、電廠和城市供水等行業(yè)。液力耦合調(diào)速器（UCD）調(diào)速技術(shù)具有如下特點：①體積小，性價比高;②結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)工作量小，不容易出現(xiàn)故障，并且能夠進(jìn)行軟啟動;③運行中污染低，幾乎無污染;④具備閉環(huán)控制功能，可根據(jù)流量、壓力等反饋信號電話完成對整個系統(tǒng)的自動動態(tài)控制，合理調(diào)整注水壓力和流量，為整個生產(chǎn)過程進(jìn)行最優(yōu)化控制;⑤適用范圍大，能夠適用于各種高壓大功率電機系統(tǒng)。

2.3 利用液力耦合調(diào)速器（UCD）調(diào)速技術(shù)實現(xiàn)油田平穩(wěn)注水和系統(tǒng)節(jié)能分析

由機泵功率與泵轉(zhuǎn)速關(guān)系公式：

（其中，n為機泵轉(zhuǎn)速，p為輸出功率）

可知，泵的功率變化與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，也就是說，當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速下降1個單位，則泵的功率將以該單位的三次方的關(guān)系下降。而UCD調(diào)速是結(jié)合具體生產(chǎn)要求，來進(jìn)行壓力水量方面的調(diào)整管控，利用調(diào)整泵速來保證整個注水中的穩(wěn)定和高效，減少水資源的浪費。

在具體運行中，注水泵實際功率要小于額定功率，如果不通過調(diào)速節(jié)能，在水泵排出水超過實際需水量時，就會導(dǎo)致多出的水被浪費。但是利用UCD來實現(xiàn)對注水量方面的控制，就能夠降低能耗，使操作人員在工作中的工作量得到減少，工作效率得到進(jìn)一步提升。UCD能夠結(jié)合具體注水量的需求變化，實施調(diào)控泵速，并且UCD的控制轉(zhuǎn)速可以精確到1rpm，從而實現(xiàn)精確控制泵的排量，優(yōu)化生產(chǎn)工藝。UCD調(diào)速方式與變頻調(diào)速方式的節(jié)電效率均取決于電機和泵的轉(zhuǎn)速，當(dāng)泵轉(zhuǎn)速下降至額定轉(zhuǎn)速90%以下時，高壓變頻調(diào)速器的節(jié)電率可達(dá)到20%以上，而UCD調(diào)速器一般可在35%。

在油田注水實際使用過程中，采用高壓變頻器需要配置相應(yīng)的專用機房和各種各樣的輔助設(shè)備，比如軸流風(fēng)機、潤滑油站等設(shè)備，成本投入較大，并且由于變頻器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，必須聘用專業(yè)技術(shù)人員。但是UCD調(diào)速裝置在應(yīng)用中不需要其他配套設(shè)備的支持，潤滑油站和水冷系統(tǒng)全部由自身配套提供，而且UCD調(diào)速裝置屬于機械產(chǎn)品運行穩(wěn)定性高，對環(huán)境的適應(yīng)性強，也不需要專人維護(hù)，前期投入成本小。

調(diào)速主要是通過調(diào)整電機轉(zhuǎn)速進(jìn)而調(diào)整供水泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)供水泵出口壓力。該方式是基于離心泵的如下特性：

泵的流量與泵的轉(zhuǎn)速成正比。

泵的揚程與泵的轉(zhuǎn)速的平方成正比。

泵的功率與泵的轉(zhuǎn)速的立方正正比。

其中Q為泵的流量，n為泵的轉(zhuǎn)速，N為泵的功率。

但因為以上特性，我們可以通過調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)整其出口壓力，在調(diào)整過程中要犧牲一部分流量。

考慮到泵的水力模型，過低的轉(zhuǎn)速會大大降低泵的效率，因此泵的高速范圍一般不低于50%，最好在70-100%之間。

3 結(jié)束語

在500kW以下的流體機械領(lǐng)域采用變頻調(diào)速裝置具有調(diào)速精度高，調(diào)速范圍廣以及響應(yīng)速度快等突出優(yōu)點，但是其存在污染高、成本投入高、維護(hù)難度大等多方面缺點，因此，在油田注水系統(tǒng)，特別是500kW以上大功率高壓注水系統(tǒng)上采用實用高效的液力耦合（UCD）調(diào)速器裝置，與高壓變頻調(diào)速裝置相比更具實用不知道，在油田這一領(lǐng)域具有一定的推廣價值。

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作者簡介：

王超（1986- ），男，漢族，新疆人，學(xué)士學(xué)位，中級工程師，研究方向：油氣田地面集輸及處理、油田注水設(shè)計。