油田低效电动机高效再制造技术研究

吕亳龙 林冉 魏江东 解红军（中国石油天然气股份有限公司规划总院）

油田低效电动机高效再制造技术研究

吕亳龙 林冉 魏江东 解红军（中国石油天然气股份有限公司规划总院）

电动机是油田生产中使用最多的耗电设备，中国石油油气田共有各类电动机约20万台，总装机功率925×104kW，由于低效电动机使用、生产负荷波动、机泵匹配不合理等原因造成部分电动机系统运行效率低，能量浪费严重。通过高效再制造技术，可将油田低效电动机个性化再制造为工况合理匹配运行的高效电动机，并具有良好的经济效益和社会效益。中国石油推广低效电动机高效再制造技术，可形成年节能量1.03×104t（标煤），减少CO2排放量2.54×104t。

低效电动机；再制造产业；试验评价

电动机是油田生产中应用量最大的耗能设备驱动装置，应用范围广，耗电量大。据统计，中国石油企业主要耗能设备驱动电动机共有20万台，年总耗电量约280×108kWh，占全油田总耗电量的65%左右。油田企业主要耗电设备集中在抽油机、注水泵两类，总装机容量占油田所有电动机的72%。目前，仍有部分在用电动机属于《高耗能落后机电设备（产品）淘汰目录》的低效电动机，既不符合国家相关产业政策的要求，又造成巨大的能源浪费。

1 技术特点

电动机高效再制造就是将低效电动机通过重新设计、更换零部件等方法，再制造成高效率电动机或适用于特定负载和工况的系统节能电动机（如变极多速电动机、变频电动机、永磁电动机等）。电动机高效再制造不光用到新的材料，还有新的拆解、加工工艺，实施个性化重新设计。

电动机高效再制造技术实施个性化的与运行工况匹配的再制造，节能效果更好，没有特殊尺寸安装的问题，成本较低，与普通的维修改造相比，具有其特点[1]，见表1。

2 应用研究

油田主要耗电设备集中在抽油机、注水泵两类。其中，抽油机电动机单机装机功率较小，负载波动较大、负载率低、“低负荷”现象严重，运行能效水平低；注水泵电动机单机装机功率较大，负载相对平稳，负载率高，运行能效水平相对较高。这两类电动机代表着油田应用最为广泛的两种功率范围、两种负载特性的电动机。因此，筛选了长庆油田某抽油机井在用Y160L-8普通三相异步电动机和注水泵在用Y355L2-6普通三相异步电动机各1台进行再制造研究。

2.1 技术手段

电动机高效再制造是一项系统工程，需针对电动机各部分零部件，结合现场负载情况实施个性化的措施。具体表现在以下方面：

1）定子、转子再制造。经性能评估可以利旧的定子、转子，通常需要重新设计，采用退火、精加工工艺等降低损耗。

2）定子线圈的拉出。再制造通常采用无损、安全环保的线圈拆解工艺。

3）转轴的再制造。通过评估原转轴的性能，确认其是否可以利旧，采用大轴改小轴等方式进行再制造。

4）机壳与端盖的再制造。采用超声波清洗，重新装配、油漆等恢复外观。

5）轴承的更换。因磨损或电蚀等造成损伤，需要更换轴承。

6）风扇与风罩的更换。通常需更换新型节能风扇和散热效率高的风罩。

7）接线盒的更换。接线盒与接线装置需满足电动机个性化再制造的控制要求，通常需要更换。

表1 普通维修改造与电动机高效再制造的区别

表2 三相异步电动机改造前后效果对比表

2.2 运行情况分析

Y160L-8型三相异步电动机装机功率为7.5 kW，由于抽油机负载波动较大，电动机长时间处于“低负荷”的轻载状态运行，功率利用率低，将其再制造为7.5/5.5/3.75 kW的“三功率电动机”。

由表2可知，电动机常态处于3.75 kW低功率段运行，电动机功率因数提高0.177 7；电动机输入有功功率降低0.292 kW；输入无功功率降低4.701 kvar；运行效率提高到75.71%，由于电动机自身损耗降低，且负载率提高，其运行效率也显著提高。通过计算，再制造后的“三功率电动机”运行有功节电率达16.49%，无功节电率达58.73%，综合节电率达28.70%。

Y355L2-6型三相异步电动机装机功率315 kW，运行相对平稳，电动机负荷率较高，但由于制造工艺落后，定子铜耗、转子铜耗、杂散损耗均较大，无功功率较高，铁芯发热大，运行铁芯温度达57.7℃，运行效率不满足标准要求，将其再制造为铸铜转子高效三相异步电动机。

由表2可知，由于电动机自身损耗降低，电动机无功功率减少4.2 kvar，降幅为4.5%；功率因数提高0.007 2，经计算，该电动机驱动注水泵机组单位注水量电耗降低0.157 kWh/m3，机组运行单耗降低0.157 kWh/m3。电动机运行效率提高1.06百分点，满足电动机运行能效等级要求，机组运行效率提高2.4%。

2.3 应用效果评价

1）电动机高效再制造技术有良好的经济效益。根据试验研究结果，电动机高效再制造技术应用后，静态投资回收期为2.2年，万元投资节能量可达2.03 t（标煤），高于中国石油电动机提效项目平均水平。

2）电动机高效再制造技术有良好的社会效益和能源效益。试验电动机的材料利旧率分别达到98%和75%，节约了淘汰电动机废旧钢铁熔炼以及新电动机电工钢生产的额外能源消耗和金属资源。据测算，试验再制造电动机共节约硅钢片1967 kg，节约铸铁1777 kg，节约新电动机生产能耗4.34 t（标煤），减少CO2排放量27.05 t。

3 结论

电动机再制造是一项系统节能工程，具有较大的推广前景。据测算，若对油田10×104kW电动机实施高效再制造，可形成年节电量3211×104kWh，万元投资节能量为2.09 t（标煤）。另外，可节约新电动机生产用硅钢片601 t，节约铸铁543 t，节约新电动机生产过程能源消耗1 325.6 t（标煤），相当于减少CO2排放量3 466.6 t。

[1]李光耀.电动机高效再制造简介[J].电动机与控制应用，2012，39（4）：1-3.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.01.006

2016-10-21

（编辑 沙力妮）

吕亳龙，工程师，2012年毕业于中国石油大学（华东）（油气储运专业），从事油气田与管道节能节水技术研究与管理支持工作，E-mail：lvbolong@petrochina.com.cn，地址：北京市志新西路3号中国石油规划总院，100083。