卫城油矿大型离心泵站节能技术

杨琦

卫城油矿大型离心泵站节能技术

鹿桂华1杨琦1夏鲁2杨文刚3

1中国地质大学（北京）水资源与环境学院2中原油田采油三厂3中海油气电集团技术研究中心

卫城油矿不仅有大型离心注水泵站，而且还有高进高出增注泵站和低进高出单体增注泵，地面注水工艺比较复杂，油区注水系统效率为45.54%。在离心注水系统能量损失中，因泵效低而损失的能量最多，占总能量的60%左右。实施离心注水泵站技术改造措施，当注水泵站的供水量较平稳时，可考虑采用高效匹配的离心注水大泵节能改造技术；当注水泵站的供水量变化幅度较大时，优先采用大小注水泵搭配节能改造技术。根据上述研究结果，对卫城油矿离心泵站进行了节能改造，拆除1台DF250泵，新上1台DF400—150×11注水泵及水冷电机，采用降压启动，实现年节约电费220万元。

离心注水泵站；注水；特性曲线；变频调速

中原油田卫城油矿建有1座大型离心注水泵站，有3台DF250水泵、31座计量配水站、12座高压增注站，正常开水井125口左右，实际注水量为8300m3/d，注水水源为处理后的净化污水。

卫城油矿不仅有大型离心注水泵站，而且还有高进高出增注泵站和低进高出单体增注泵，地面注水工艺比较复杂，油区注水系统效率为45.54%，达到国家二级水平，其中离心注水泵站能耗约占系统总能耗的65%。因此，开发降低注水泵站能耗技术，可以有效地提高地面注水系统的效率并降低能耗。

1 离心泵站节能技术

1.1 离心注水泵的特性

国内油田常用离心注水泵的增压值为11～21MPa，可以通过增减叶轮级数来改变泵的总扬程，根据DF250—150×11型离心泵性能参数可做出DF250—150×11离心泵的特性曲线。

离心注水泵越偏离额定排量，泵出口压力越高，出口电动阀节流越严重，泵效越低。远离注水泵的高效区，注水用电单耗越大。注水泵排量由250m3/h下降到140m3/h时，注水用电由单耗7kW·h/m3上升到10kW·h/m3，注水用电单耗增加了三分之一。

从离心泵的特性曲线可以看出，高效段为0.8QN≤Q≤1.2QN。当泵实际排量小于额定排量的80%时，注水泵的运行效率偏离额定效率较远，泵效下降幅度较大。DF120、DF140、DF200、DF300、DF400等注水泵的h—Q性能曲线变化规律与DF250注水泵相似。目前多采用H.H.Anderson的泵效估算公式，国内注水泵运行效率效率公式为

1.2 离心注水泵运行效率低的原因

在离心注水系统能量损失中，因泵效低而损失的能量最多，占总能量的60%左右。因此，如何提高注水泵效，对泵站节能具有重要意义，泵效低主要原因有以下几个方面：

（1）泵铭牌效率。注水泵铭牌效率低主要是泵叶水力模型落后，扩散管和扩散管到返导叶过渡段的几何形状及制造质量较差，对已建注水泵采用打光叶轮、改造流道等技术措施可提高泵效。理论和实践均表明：泵的比转数越大，过流面积大，阻力小，泵效也越高。在保证泵压的前提下，应尽量选择较大排量，较高比转数的注水泵。

（2）泵的运行效率。通常离心注水泵运行效率应大于75%，往复泵应大于80%。卫城油矿离心注水泵效率在55%～70%之间，泵效低的原因是由于大部分油田采用滚动开发，设计注水泵时通常选用流量偏大的大泵，多余的排量采用出口阀门节流的方法，泵运行偏离高效区，造成大马拉小车的现象。

2 离心泵站节能方案及比选

2.1 采用大排量高效的注水泵

卫城油矿注水站日均供水量约8300m3，改造方案考虑拆除1台DF250—150×11注水泵及电机，新安装1台DF400—150×11注水泵及配套电机。采用降压启动，确保电网安全可靠运行。

2台DF250—150×11注水泵并联工作，当注水量346m3/h时，泵运行偏离高效区，由特性曲线可得单泵理论泵效为64.8%，电机输出功率为1371kW，电机输入功率为

年节约电量：（1439×2-2280）×24×330= 474×104（kW·h），年可节约电费237万元。

2.2 大小注水泵并联运行

改造方案考虑拆除1台DF250泵，利用原泵的基础位置新安装1台DF140—150×12，正常生产时1台DF250—150×11和1台DF140—150×12并联运行，两台泵的特性方程分别见式（2）、式（3）。把Q=346m3/h代入式（4），得H=1952-1.23×10-3×345.52=1803（m）。

把H=1803m代入DF250—150×11与DF140—150×12工作特性方程公式，得注水泵的排量为

把H=1803m代入DF250—150×11与 DF140—150×12高效段的效率方程公式，得DF250泵效为72.6%，轴功率为1494kW；DF140泵效为72.1%，轴功率为814kW。

DF250—150×11注水泵电机的输入功率为1566kW，DF140—150×12注水泵电机的输入功率为867.4kW。

2台并联泵的输入功率为2433.4kW，改造后年节约电量：（2×1439—2433）×24×360= 298×104（kW·h），折合电费149万元。

2.3 注水泵采用变频调速技术

改造方案考虑注水站内2台DF250—150×11并联工作，其中1台泵定速运行，另1台泵变频调速，以实现节能降耗。把相似定律应用于以不同转速运行的同一台叶片泵，得出不同转速注水泵的特性参数变化规律为

2台注水泵的转速均为2985r/min，分水器压力设为17.5MPa，1台定速运行，另1台调速运行，定速泵运行时排量217m3/h，泵效率为73.6%，轴功率为1441kW，则定速泵的输入功率为

经计算，定速泵的输入功率为1512kW。调速泵的运行排量为130m3/h，转速为2923r/min，泵效69%，调速泵的输入功率为1092kW，年节约电量231×104kW·h，折合电费105万元。

2.4 方案比选

卫城油矿离心泵站节能改造3个方案对比见表1。从表1可以看出，离心注水泵站节能技术改造3个方案中，采用高效匹配的离心注水大泵节能改造技术，节能效果较好，投资稍高；采用大小注水泵搭配节能改造技术，投资回收期间较短；采用变频调速技术，投资最高，节能效果较差。

表1 节能方案优缺点比较

3 结论

实施离心注水泵站技术改造措施，当注水泵站的供水量较平稳时，可考虑采用高效匹配的离心注水大泵节能改造技术；当注水泵站的供水量变化幅度较大时，优先采用大小注水泵搭配节能改造技术。根据上述研究结果，对卫城油矿离心泵站进行了节能改造，拆除1台DF250泵，新上1台DF400—150×11注水泵及水冷电机，采用降压启动，实现年节约电费220万元。

（栏目主持 杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.012