注水泵高压变频器使用效果评价

黄克仓 刘涛 王磊 杨卫华

摘 要：随着经济的飞速发展，能源问题已经成为人类要解决的重大问题之一，各国都已把能源的使用、开发、运输当成首要任务。中国在突飞猛进发展的同时，同样出现了待解决的各种问题。石油作为经济发展的血液，近年来不仅在开发、利用方面加大了研发力度，对于后期的治理和可持续开发领域也投入了相当大的精力。文章针对油田注水的相关问题，从水泵高压变频角度出发，对其流量控制方式、变频原理和系统原理等方面的内容进行了浅要分析。

关键词：油田注水；注水泵；高压变频器

引言

作为稳定高产的重要手段措施，油田注水环节已经越来越受到重视。受到自身压力大、水量多的注水特点限制，油田使用的电机多为高功率，沉重的工作量决定了电机必然长期处于高能耗的运行状态，但是与此同时，油田断裂区段的大小不同，使得注水量必须随着开采情况进行调整，这就出现了很多油田的注水系统存在着理想流量与实际流量差异巨大的情况，给稳定高效的生产带来了挑战。面对这样的问题，近几年来逐渐在变频器领域取得了理想突破，变频调速装置赋予了油田水泵注水调整能力，使得电动机能够实现变转速调节，实现根据实际情况进行注水的理想状态，达到了节能的根本目的。

1 变频器系统与原始系统比较

1.1 原有的流量控制手段

通常情况下，油田的高压注水主要是通过水闸或者阀门系统来实现注水过程中流量的调整，同时对压力造成调整。受到技术手段的要求和限制，泵内温度升高会造成腐蚀或者零部件的焚毁，所以长时间的低排量运行不可实现，因此过去一直被迫采取大流量降温的方式保持机器的稳定运行，但却给能源消耗带来很多不必要的浪费。保持原有系统不变，使用水泵进行注水，则能源消耗的主要损失集中在控制阀节流方面，研究分析发现，通过控制污水量来降低水压，使注水阀门控制压力差的能力得到提升，因此引入了变频调速的概念，对原有机械类型进行改在，达到节能降耗的目的。

1.2 变频调速的基本原理

注水泵的实际流量和理想流量间的巨大差距决定了油田注水电机的节能潜力巨大。变频器通过对变送器回馈压力值的分析，实现对注水泵排水量的控制，再和预测的变频器压力值进行分析对比，为内部调节器提供数据支持，接受数据之后，PID系统自动根据差值进行运算和调整，控制变频器运行。与此同时，变频器的运行参数也可通过特殊渠道传输到中央计算机组，计算机做出适时反应，随时进行检测和监控，运行压力、电动机转速、输入压力、输入电流、输出压力、输出电流等相关参数相应调整，最终达到系统调节的目的。

1.3 变频器系统与原有系统的比较

首先在操作便捷性上，变频控制有着天然的优势，无需手动调节阀门和水闸节省了大量人力，降低了劳动强度同时节省了人员开支，与此同时提升了工作效率，一举多得。其次，在噪音降低方面，启动时从低频开始逐渐完成加速，过段时间之后，达到理想的设定频率，如此一来启动电流对于电网的冲击是逐渐完成，起初的值很小，因此噪音明显减小，与此同时保护用电设备，减少电动机的损耗，延长使用寿命，节省用电成本的同时还能节省维修成本和降噪处理成本。在实际的操作过程中，变频调速来满足一切有关流量和压力的运行基本条件。通过压力与流量闭环控制完成注水，注入情况发生改变时，变频系统做出反应，对水泵做出调节，控制水压力和流量，与此同时水泵出口部位的阀门全部打开，使得压力差趋近于零。如此一方面节省能源，另一方面减少了阀门的维护量，提升自动化水平的同时达到了降噪的效果，改善工作环境。变频器还能够根据需求自动调节转速，使得系统平滑稳定，水泵的运行参数得到改进，对提升系统效率做出了卓越的贡献。

2 采用高压变频后的效果分析

以某油田的接转站为例，一天可定功率在185kw左右，型号为5DS/25.76/20注污水注水泵，采用Y-△的启动方式，工程频率进行控制，水流量主要通过阀门进行控制和调节。目前采用某公司生产的KV2000无感矢量控制高压变频供水装置，通过控制注水阀门来实现对水流量的调整，完成油田地层的注水自动化控制，取得了相对理想的成果，主要节能效果如下。首先在假设此油田每天的污水量为400立方米，按照水泵的类型来讲，流量应该在每小时15.76方，经测试，每小时的回流量在12立方米左右，将管网阻力等方面的损失计算在内，理论上的耗电量应该在3990kw左右。按照当前市价，0.65元/kWh来计算，每天节约下来的电费每天将达到将近2500元。在安装了高压变频供水装置之后，水泵的平均使用频率在30赫兹左右，实际功率也能够达到每小时110kw，由此计算，实际的消耗电量在2600kw左右，和理论的耗电量相比，每天可以节约3996-26400=1356KW，但从电费的角度出发，每天就可以节约1356×0.65=881元，按这个比例计算，每年节约电费32万元，和以往相比，节能效果在百分之三十以上，效果显著。

从以上成果分析中可以看出，变频调速效果主要集中在两个方面。一方面是节能型作用，受到现场工艺和技术等方面的要求，在负载方面的诉调范围比较广，注水泵往往只能在低工况的情况下进行工作。如果此时能够根据工艺情况对何在，进行调整可以最大程度上弥补这方面的不足。一般情况下，注水泵的输出量和转速是成正比的，那么当现场实际情况要求只供应一半流量的时候，需要将负荷进行进一步的调节，这是如果操作得当，节约的能量消耗相当可观。另一方面，就是功能型的作用，变频器设备自身的一大优点就是可靠性很高，在安装投入运行之后，可以大大提升机组运行的安全系数。另外，油田的特殊工作环境决定了注水系统的严苛性，负载严苛对于工艺提出更严峻的要求，并且随着实际情况的变化，工程情况也要及时作出应对，这就要求设备能够快速的跟踪工艺变化并且保证足够的调整精度，变频器调频精度高、相应环境快、调整能力强的特点，决定了它成为改变注水系统现状的最佳选择。

3 变频器对于变水量控制节能的重要意义

经过一段时间的工程情况分析，采用变频调速的方式来弥补过去注水系统的缺陷，满足稳定高效的生产需求，使得注水泵可以在大流量和小流量之间自由切换，高压和低压也能实现快速准确的调整。可以用压力流量闭环控制注水的压力和流量，在注入站工况改变时，变频器可以使注水泵自动调节注水压力和流量。全开的洞口阀门使得压力差迅速降低，不但节约了电能，又对阀门起到了很好的保护作用，使其不至于发生疲劳性损坏。另一方面，变频器自动化水平的提升改善了过去传统落后的工作环境，减轻人工劳动量，给油田发展带来了先进的发展理念。和传统的注水系统相比，变频器能够根据需求量自动完成对水量的调整，工作局限小，过程平滑稳定。水泵的运行参数也有很强的灵活性，对于提升系统效率有着重要的意义。

4 结束语

从上述分析可以看出，无论在理论分析还是实际效果应用方面，采用变频控制的手段进行调速，从而完成油田或其他领域的技能降耗。随着市场化经济竞争的日益激烈，很多企业都开始着眼于有利于企业经济效益的技术手段措施，节能环保成为了当今企业向前发展的基本方向。从经济角度出发，自动运行状态下的变频系统能够同比节能百分之三十以上。通过对注水泵系统的技术改造，经过长时间的检验，降噪等方面的优势也逐渐显现出来。实际的市场調研也充分证明了该产品的可靠性和实用性。功能齐全、技术先进的变频器发展前途一片光明，也为更高科技的高压变频调速技术在油田其它工序的技术改造提供了一条可行的途径，在高压变频改造领域具有极大的推广价值。

参考文献

[1]宋维东.高压变频技术在油田注水的应用.