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          合同能源管理(EMC)變頻器在油田注水系統變頻節能改造成功案例

          來源:仟億達 發布日期:2015/10/09 瀏覽:260| 加入收藏

          通過變頻節能改造可對石油系統的主要耗能設備:循環系統、動力系統、井架、提升系統。我們下面以油田注水系統,進行簡單介紹:

          一、引言

          通過注水井向油層注水,是保證油層壓力,提高油藏采油速度和采收率而被廣泛采用的一項重要開發措施。在油田注水工程中,注水泵是滿足油田注水,保證地層壓力的源設備,為了保證較長時期內滿足油田注水需要,在設計上注水泵的容量選型一般都較大,同時在實際生產中,日注水量又總是一個波動較大的參數。特別是在高壓注水系統中,大馬拉小車的現象比較普遍,注水泵泵壓與注水管線干壓之間存在較大的壓差,必須靠控制出口閥門來保證注水管網的注水壓力,這樣既造成大量的電能被白白的消耗掉,同時又由于泵壓較高對機泵的運行也十分不利。變頻裝置依據注水管網需要的壓力進行參數設定,自動調節注水量,既節約大量的電能又降低了機泵的損耗,對降低油田生產運行成本有著十分積極的意義。

          二、油田注水工藝概況

          沈陽油田現有注水站5座,共安裝高壓注水泵16臺,總裝機容量23400KW,目前正常運行4-5臺注水泵,運行容量7900KW。為適應注水量的變化,實現合理注水,需不斷調整注水泵的運行方式。在沒有調速措施的情況下,只能通過開泵臺數或人工調節閥門來控制流量,必然造成注水系統能耗增高。以采油作業二區為例進行分析:

          油田注水工藝.jpg

          采油作業二區的注水任務主要由沈二注水站與沈四注水站聯網運行共同承擔,聯網主干管線約8公里,總注水量在8200至9700方/日變動,波動幅度+15%、-20%。該管網中正常啟運兩臺1800KW高壓注水泵,注水排量分別為250m3/h(沈二注水站)和200m3/h(沈四注水站),管網平均干壓為16.9MPa,泵壓為18.9MPa,存在2Mpa的壓差,注水量晝夜變化比較大,原設備又只能定速運行,所以只能靠調節閥門的開度來調節注水量的大小,人為地改變了管網的阻力,增加了管網損耗,造成相當大的一部分能量浪費在閥門上,致使注水單耗居高不下,不但不能夠經濟運行,而且增加了工人的工作量,調節不及時還會造成管網壓力過高或過低,流量過大或過小,影響生產工藝及設備的安全運行,由此看來,如果給注水泵機組加裝變頻調速裝置,泵管壓差造成的能量損失就可以大大減小,甚至可能被消除。同時在變頻調速裝置的參與下,通過優化仿真,根據最優原則運行注水泵和調整注水管網的流量和壓力,盡可能減少配水間及井口節流損失,從而使整個注水系統在高效區運行,達到節能地目的。

          三、注水系統進行高壓變頻改造方案

          1、水泵調速運行的節能原理

          水泵調速運行的節能原理.gif

          水泵工頻定速運行時,為了保證管網壓力及流量,同時保證電機不過載,只能靠改變泵出口閥門來調節泵的運行。水泵經關閥調節后,在小流量、高揚程(與原工況相對比)的工況下運行,泵管壓差增大,單耗增高。如圖一所示。假設水泵原來在工況點B運行時,出口閥門處于全開狀態,出水流量為QB,揚程為HB,如果想減少注水量,下降為QA,水泵在沒有安裝任何調整裝置的情況下,只能通過關閥調節使出水量保持在QA,那么就有QA×(HA-HB)的功損失在出口閥門上,這樣,不僅浪費了大量電能,而且出口閥門長期在水流沖擊作用下故障增多,壽命縮短。

          如圖二所示為泵的典型的工作曲線,AB是泵的性能曲線,與額定系統壓力曲線QB相匹配,在B點可以得到額定壓力下的額定流量,在該點泵有最高的效率,關閉閥門可控制流量,當流量減小時,泵分別工作在P、Q、R、S點,此時泵需要在很高的壓差下工作,因此泵的的能量輸出比實際系統需要多得多,多余的能量在閥上表現為熱量損耗,并被液體流動時帶走。用泵的輸出能量除以泵的效率,可以求得對泵的總輸入能量。用調節閥控制減小流量,能量損失相當大。利用變頻器調速,使電動機驅動泵在可變速情況下工作,要使得泵的特性曲線與系統在任何流量條件下的需要相匹配,流量與電機轉速成正比,產生的壓差與速度的平方成正比,因此可得一組特性曲線,如圖三所示,無級變頻調速后可得到AB~CD無數條水泵特性曲線,管路特性曲線與ABDC形成的陰影帶任何一個交點,都可作為工況點與外網水量變化相適應,在較小的揚程下達到P、Q、R、S點所對應的流量,而且只損失很少的能量,其節能效果相當可觀。

          水泵調速運行的節能原理2.jpg水泵調速運行的節能原理3.jpg

          2、設備改造及運行情況

          經過我方多次論證,根據采油作業二區注水系統運行及現場實際情況,決定在沈四注水站1800KW注水電機上采用利德華福公司生產的HARSVERT-A06/220高壓大功率變頻器,該設備具有如下優點:

          全中文WINDOWS操作界面,彩色液晶觸摸屏;

          輸入功率因數高,電流諧波少,無須功率因數補償/諧波抑制裝置;

          輸出階梯正弦PWM波形,無須輸出濾波裝置,對電纜、電機絕緣無損害,電機諧波少,減少軸承、葉片的機械振動,輸出線可以長達1000米;

          功率電路模塊化設計,維護簡單;

          高壓主回路與控制器之間為光纖連接,安全可靠;

          完整的故障監測電路、精確的故障報警保護;

          內置PLC,易于改變控制邏輯關系,適應多變的現場需要;

          可靈活選擇現場控制/遠程控制;

          可接受和輸出0~10V/4~20mA工業標準信號;

          可根據用戶需要內置PID調節器;

          完整的通用變頻器參數設定功能;

          高效率(>96%)

          A06/220高壓變頻調速裝置各種保護功能齊全,具備直流母線過欠壓,功率單元驅動故障,變壓器溫度報警及UPS掉電,柜門非法打開等輕重故障報警,尤其具備流量及壓力上下限報警功能,可以有效避免流量過低時水泵發生氣蝕現象,保證的設備的安全運行。利用該設備的工控機界面,可以非常直觀的觀測到變頻器的輸入輸出電壓和電流波形、同時還可實時采集到注水泵的注水量、耗電量、實際管網壓力的瞬時變化和累計數據,便于現場工作人員進行節能分析和管理。


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