嵌入式注水站改造中的問(wèn)題與對(duì)策

趙東升（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

1 背景介紹

1.1 喇二注水站情況

喇二注水站于1974年7月投產(chǎn)，現(xiàn)有4臺(tái)注水機(jī)組，1座1 000 m3污水罐、1座1 000 m3清水罐、2臺(tái)冷卻水泵、1座稀油站，7條出站管道，由喇二污水站提供普通污水，將原有一個(gè)1 000 m3污水罐改為1 000 m3清水罐，用作自然冷卻水罐。目前設(shè)計(jì)注水能力21 600 m3/d，現(xiàn)在實(shí)際處理量為19 063 m3/d，負(fù)荷率為88.25%[1-2]。

1.2 改造必要性

1.2.1 水罐系統(tǒng)

污水罐規(guī)格為1 000 m3，實(shí)際處理量為19 063 m3/d，經(jīng)計(jì)算其污水實(shí)際緩沖時(shí)間為1.01 h，不滿足4～6 h規(guī)范要求，污水罐緩沖時(shí)間不足；罐體壁板與罐頂結(jié)合處有泄漏，儲(chǔ)罐整體下沉，導(dǎo)致泄污孔低于地表面。經(jīng)宏觀檢查，罐體壁板有多處修補(bǔ)，且有多處出現(xiàn)凹陷的情況，另外，罐體整體下沉，導(dǎo)致泄污孔低于地表面[3-4]，水罐現(xiàn)場(chǎng)圖見(jiàn)圖1。

圖1 水罐現(xiàn)場(chǎng)圖Fig.1 Pictures of water tanks

1.2.2 注水機(jī)組

該站共D300型注水機(jī)組4臺(tái)，運(yùn)3備1，處理能力21 600 m3/d，實(shí)際處理量為19 063 m3/d，負(fù)荷率為88.25%，年總耗電量為5 184×104k Wh。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，1#、2#注水機(jī)組投產(chǎn)于2004年，3#注水機(jī)組投產(chǎn)于2019年，4#注水機(jī)組投產(chǎn)于2003年。運(yùn)行年限長(zhǎng)，泵體內(nèi)部元件結(jié)構(gòu)腐蝕、老化。其中1#注水機(jī)組存在電動(dòng)機(jī)過(guò)熱、軸瓦磨損嚴(yán)重、損壞等問(wèn)題；2#注水機(jī)組存在前瓦座與瓦蓋接合面變形、漏油，軸瓦溫度高、損壞等問(wèn)題；4#注水機(jī)組存在機(jī)組振動(dòng)劇烈、注水泵刺水、漏油等問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017—2018年，累計(jì)維修28次，嚴(yán)重影響生產(chǎn)運(yùn)行[5-8]。

1.2.3 冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)

該冷卻系統(tǒng)是依靠大罐與空氣對(duì)流自然換熱，對(duì)高溫水進(jìn)行冷卻，夏季氣溫高時(shí)，換熱效果不佳，水溫高影響機(jī)泵運(yùn)行，需定期更換罐內(nèi)清水，造成了清水的浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016—2021年每年由于更換冷卻水消耗清水量為1.5×104m3左右，折合費(fèi)用約8.33萬(wàn)元/a。

1.2.4 高壓管道占?jí)?/p>

喇二注水站共7條出線，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，2條向東出線經(jīng)過(guò)儲(chǔ)罐及罐間閥室底部，若管道腐蝕穿孔，高壓水流將破壞水罐基礎(chǔ)，導(dǎo)致水罐傾斜、下沉、倒塌，存在安全隱患。

1.2.5 注水站整體地勢(shì)低洼

注水泵房建于1974年，為喇二聯(lián)合站地勢(shì)之最低點(diǎn)，其低于場(chǎng)地路面約0.5 m。泵房等處常年雨水倒灌，現(xiàn)場(chǎng)只能外接水泵排水。泵房?jī)?nèi)有高壓電纜等用電設(shè)施，積水會(huì)導(dǎo)致短路、觸電、人員滑倒等風(fēng)險(xiǎn)。

2 喇二注水站優(yōu)化運(yùn)行研究

2.1 布局優(yōu)化

通過(guò)布局優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)注水站不停產(chǎn)改造。根據(jù)生產(chǎn)要求，注水站與變電站距離不宜超過(guò)100 m，距離過(guò)大會(huì)影響電力傳輸，導(dǎo)致電流過(guò)大，將使注水泵無(wú)法正產(chǎn)啟停，影響生產(chǎn)，因此注水站選址應(yīng)在變電站較近位置。喇二聯(lián)合站站外系統(tǒng)見(jiàn)圖2。

圖2 喇二聯(lián)合站站外系統(tǒng)Fig.2 System drawing outside La'er union station

站外情況：由站外系統(tǒng)圖可知，臨近變電所一側(cè)，井、管道量大密集，在該區(qū)域新建注水站，遷建工作量大、對(duì)生產(chǎn)影響大。

站內(nèi)情況：經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，注水站北側(cè)為空置場(chǎng)地，其尺寸為47 m×35 m，總面積約為1 645 m2，該區(qū)域南、西側(cè)臨路，東側(cè)為采暖泵房（防爆場(chǎng)所），北側(cè)為采暖管道。

1）罐區(qū)、注水區(qū)域分置合理利用站內(nèi)空間。罐區(qū)與注水區(qū)域隔路建設(shè)，即利用北側(cè)現(xiàn)空置場(chǎng)地，新建注水站泵房，利用原注水站水罐附近新建罐區(qū)、冷卻系統(tǒng)設(shè)施。

2）采取冗余對(duì)策，設(shè)置多道防線，保證安全距離。一是改變常規(guī)布局，將配電室移至泵房北側(cè)，與高壓閥組間平行，增加新建建筑物與已建泵房之間的距離為11 m；二是將臨近采暖泵房一側(cè)采用防火墻，增加其防爆、耐火能力。

3）采取循環(huán)冷卻系統(tǒng)，減少清水消耗。通過(guò)循環(huán)冷卻系統(tǒng)，替代大罐對(duì)流冷卻，新建冷卻塔、冷卻水罐各1座，采用新工藝后，可避免清水浪費(fèi)，年可節(jié)約清水1.5×104m3。擬新建位置及平面布置情況見(jiàn)圖3。

圖3 擬新建位置及平面布置情況Fig.3 Location and layout of new water injection station

2.2 參數(shù)優(yōu)化

通過(guò)參數(shù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)設(shè)備合理匹配。根據(jù)開(kāi)發(fā)預(yù)測(cè)，喇二注水站未來(lái)十年注水量為19 180 m3/d，按照該站目前設(shè)備情況注水系統(tǒng)：處理量為21 600 m3/d，運(yùn)行負(fù)荷率為88.79%。污水系統(tǒng)：水罐規(guī)格為1 000 m3，處理量為19 180 m3/d，經(jīng)計(jì)算其污水實(shí)際緩沖時(shí)間為1.01 h，不滿足4～6 h規(guī)范要求。冷卻水系統(tǒng)：按照原設(shè)計(jì)能力，冷卻水量應(yīng)為171.5 m3/d，目前其建設(shè)100 m3/h冷卻水泵2臺(tái)，系統(tǒng)負(fù)荷為171.5%，冷卻水量不足[9-10]。

1）優(yōu)化注水參數(shù)，保證注水系統(tǒng)高負(fù)荷運(yùn)行。針對(duì)預(yù)測(cè)水量為19 180 m3/d，確定新建注水站規(guī)模為19 200 m3/d，建設(shè)D400注水泵3臺(tái)，運(yùn)2備1，負(fù)荷率為99.89%，負(fù)荷率提高了11%，同時(shí)還少啟1臺(tái)注水泵，年可節(jié)電約1 313×104k Wh。

2）優(yōu)化緩沖參數(shù)，保證污水系統(tǒng)緩沖時(shí)間。鑒于喇二注水站僅注入1種水質(zhì)，計(jì)劃設(shè)置2 000 m3緩沖水罐、污水罐2座，改造后，其緩沖時(shí)間可達(dá)到4 h，滿足規(guī)范要求，保證緩沖時(shí)間。

3）優(yōu)化冷卻參數(shù)，保證注水統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。鑒于未來(lái)運(yùn)行2臺(tái)注水泵，重新設(shè)置冷卻系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，設(shè)置冷卻水泵3臺(tái)，排量為100 m3/h，改造后冷卻水系統(tǒng)負(fù)荷為58.25%，能夠保證冷卻效果，保證系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。擬新建喇二注水站泵房布置情況見(jiàn)圖4。

圖4 擬新建喇二注水站泵房布置情況Fig.4 Layout drawing of pump house of new water injection station

4）通過(guò)環(huán)節(jié)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)改造的有序銜接。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，2條向東的出線經(jīng)過(guò)儲(chǔ)罐及罐間閥室底部，水罐及閥室拆除作業(yè)過(guò)程中，施工機(jī)械及地層變化可能對(duì)埋地管道造成擾動(dòng)、破壞，導(dǎo)致管道局部沉降、隆起、破損穿孔，存在安全隱患。

由于場(chǎng)地限制，新建污水罐區(qū)域與已建污水罐區(qū)域必然有一定重疊，若不拆除已建罐區(qū)，則新建罐區(qū)無(wú)法施工，而注水站不能停止運(yùn)行。擬新建喇二注水站改造銜接示意圖見(jiàn)圖5。

圖5 擬新建喇二注水站改造銜接示意圖Fig.5 Drawing of transformation and connection of new water injection station

為保證喇二注水站的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)注水站改造的順利、平穩(wěn)開(kāi)展，采用連環(huán)替代法，將改造生產(chǎn)銜接對(duì)策分4步進(jìn)行：

1）原注水站保持運(yùn)行，新建注水泵房、注水泵、冷卻水罐、冷卻水塔、注水管道，之后臨時(shí)停產(chǎn)，占?jí)汗艿肋w建。

2）利用新建冷卻水系統(tǒng)代替清水罐對(duì)老站注水系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，拆除原冷卻用清水罐，在其原位置附近新建一座污水罐。

3）臨時(shí)停產(chǎn)，管道連頭，利用新建污水罐給新建注水站供水，利用新建冷卻水系統(tǒng)給新建注水站冷卻，拆除老站污水罐及注水泵房，拆除臨時(shí)管道等。

4）新建第二座污水罐及罐間閥室，拆除原注水管道。

2.3 無(wú)人值守模式改造

通過(guò)結(jié)合喇十七模式，進(jìn)行無(wú)人值守模式改造。2014年喇二聯(lián)合站整體改造后，站內(nèi)建有中心控制室一座。目前，除喇二注水站未進(jìn)行集中控制改造以外，站內(nèi)其他崗位均已實(shí)現(xiàn)了中心控制室集中監(jiān)控,為適應(yīng)公司數(shù)字化建設(shè)發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合公司中大型站庫(kù)的建設(shè)要求，對(duì)喇二注水站按照喇十七、喇400合建站注水系統(tǒng)控制模式，進(jìn)行無(wú)人值守模式改造。

通過(guò)完善數(shù)據(jù)采集和過(guò)程控制，同時(shí)將信號(hào)上傳至喇二聯(lián)中心控制室。中心控制室對(duì)該站進(jìn)行顯示、報(bào)警、控制、記錄，壓力、液位、電流等檢測(cè)儀表具有遠(yuǎn)傳功能。

1）自控儀表系統(tǒng)改造。在系統(tǒng)中新增78個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)注水站生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、壓力、流量、液位、機(jī)泵狀態(tài)等工藝參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)、控制及超限報(bào)警，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行的自動(dòng)監(jiān)控，確保注水站安全平穩(wěn)運(yùn)行。

2）視頻監(jiān)控系統(tǒng)改造。為使值班人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)、確認(rèn)故障以及安全隱患，中心級(jí)監(jiān)控和本地級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)均基于IP技術(shù)、采用以網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)為核心的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在現(xiàn)場(chǎng)新增6個(gè)站場(chǎng)前端攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的存儲(chǔ)、授權(quán)控制等功能，中心級(jí)監(jiān)控設(shè)置監(jiān)控管理終端。

3）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)改造。按照“站場(chǎng)數(shù)字化”方式建設(shè)，喇二注水站自控系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)及光纜，與喇二聯(lián)合站中心控制室室內(nèi)PLC控制系統(tǒng)建立通信，并對(duì)喇二聯(lián)合站中心控制室內(nèi)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳。

喇二注水站實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守后，施行中心控制室遠(yuǎn)程監(jiān)控，巡檢維修。人員資源配置優(yōu)化完全實(shí)行集中監(jiān)控?zé)o人值守模式后，可減員5人，按每人每年成本15萬(wàn)，年節(jié)約人工費(fèi)用75萬(wàn)元。

2.4 優(yōu)化效果

通過(guò)對(duì)喇二注水站優(yōu)化運(yùn)行，實(shí)施注水站不停產(chǎn)改造、提高注水系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷率、提高冷卻效果、實(shí)施站庫(kù)無(wú)人值守，喇二注水站改造節(jié)能效果見(jiàn)表1。

表1 喇二注水站改造節(jié)能效果Tab.1 Energy-saving effect of the transformation of La'er water injection station

3 結(jié)論

1）喇二注水站存在的諸多問(wèn)題，代表了采油六廠運(yùn)行年限長(zhǎng)的注水站的現(xiàn)狀，該改造為有限空間內(nèi)進(jìn)行的全面更新，為未來(lái)在類(lèi)似情況下喇一注、喇Ⅱ-1注等嵌入式站庫(kù)改造，提供了一定技術(shù)支持。

2）在注水站改造過(guò)程中，通過(guò)應(yīng)用諸多成熟節(jié)能措施，有效降低了注水系統(tǒng)的能耗，實(shí)現(xiàn)改造過(guò)程節(jié)能降耗，優(yōu)化注水系統(tǒng)參數(shù)，核減注水泵1臺(tái)，應(yīng)用循環(huán)冷卻系統(tǒng)等技術(shù)，可節(jié)約清水浪費(fèi),實(shí)施無(wú)人值守，實(shí)現(xiàn)節(jié)約操作人工。

3）通過(guò)應(yīng)用配電室后置、罐區(qū)與泵房分置等措施，可有效縮短注水泵房的長(zhǎng)度，更加有效的利用站內(nèi)空間，保證改造安全距離，實(shí)現(xiàn)有限空間內(nèi)注水站的改造。

4）通過(guò)采用連環(huán)替代、臨時(shí)措施的有效銜接，可實(shí)現(xiàn)注水站的不停產(chǎn)改造，實(shí)現(xiàn)注水站更新的同時(shí)，保證注水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

5）根據(jù)生產(chǎn)要求，未來(lái)注水系統(tǒng)將全面實(shí)行集中監(jiān)控、無(wú)人值守措施，此次改造通過(guò)儀表、監(jiān)控、傳輸系統(tǒng)的改造，將新建的注水站控制系統(tǒng)接入聯(lián)合站已建系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)聯(lián)合站的無(wú)人值守改造，為今后的聯(lián)合站外接控制系統(tǒng)提供了技術(shù)保證。