河南油田掺水系统电能损耗影响因素分析及节能对策

贺智超

摘 要：本文通过对影响掺水系统效率的关键因素，优化运行，动态实时调整掺水运行方案，从而提高掺水系统整体运行效率；降低掺水电耗，降低成本，实现效益最大化。

关键词：油田；掺水系统；电能损耗；节能

河南油田采油二厂生产出来的原油90%为超稠油，注蒸汽开采生产。原油集输系统依靠蒸汽或掺热水伴热。掺水系统所用水泵主要是两级离心泵，离心泵适合于大排量、低扬程的场合，一般机组运行效率可达50%左右。经测试表明，采油二厂掺水系统泵机组效率平均只有30%。掺水系统机组平均效率较低，电能浪费严重。目前，采油二厂有十四个集油站和一个联合站，掺水泵有40多台，经常运行的有十几台至二十台。通过优化调整运行方式，使机组掺水效率得到提高到，可降低掺水耗电量，降低集输系统运行成本。

一、掺水系统电能损耗节点分析

掺水系统电能损耗可分为管网损耗和泵机组损耗两部分。

1.1 管网损耗

为了分析管网损耗情况，对各集油站管网分别选取泵出口、主阀出口、汇管、站出口等几个点来统计压力分布。从泵出口到集油站出口，各段压力损失，干线损失0.07，出口阀损失0.15，阀组损失0.13，总损失0.34。说明，管网压力损失主要是在阀门上，由于关阀门导致的压力损失，而管线上压力损失不大。如果计算到站出口，管网效率为84.8%；如果计算到井口，按平均掺水压力0.5计算，则管网效率只有22.3%。

根据管网特性，管线建成后不再发生变化，能量损失与流量有关，是不可控因素。阀门则在运行中是经常调整变化的，对管网效率有较大影响。

根据分析，在集油站内，从泵出口到站出口这段距离内，管线距离较短，损耗主要是在阀门上。当从泵出口考虑到井口时，损耗主要是在管线上，阀门损失退居次要地位。阀门开度不同，阀门上压力损失不同，阀门开度大，阀门上压力损失小；阀门开度小，阀门上压力损失大。这是由于泵特性曲线和管网特性曲线不匹配，不得不关阀门导致的。因此为了减少管网损耗，应尽量减小阀门损失，管网上阀门应在满足生产要求的情况下，尽量开大阀大，或减少阀门数量。这部分损失由于受制于生产要求，优化空间小。

由泵效率分析可知，当泵工作点正好在额定工作点时泵效率最高，最节能。因此，当管线特性曲线与泵特性曲线正好相匹配时，即流量正好等于泵额定排量，且压力正好等于泵额定压力时，机组效率最高。

然而，由于实际需要流量是变化的，为了满足不同流量的需要，泵配备时额定流量和额定工作压力总是高于实际需要流量，与泵配套的电机功率也往往大于泵实际功率。因此，管线特性曲线与泵特性曲线通常是不匹配的，实际流量总是小于泵额定流量，实际需要压力也总是小于泵实际工作压力。因此，泵实际工作时一般总是需要调节降低流量以满足实际水量需要。当水量降低后，由于偏离了额定工作点，机组效率有所降低。

1.2 机组损耗

根据测试结果，泵机组效率平均30.68%，因此机组损耗率为69.32%，占整个管网损失的主要部分。因此，通常来说，降低掺水耗电应主要放在提高机组效率上。

1.3掺水系统电能损耗影响因素分析

1.3.1 掺水单耗与机组效率的关系分析

从机组效率与单耗曲线上看，效率曲线与单耗曲线趋势并不相近。从理论上分析，机组效率高，单耗应该低。从机组损失率与单耗曲线上看，二者趋势非常相近，说明机组效率是影响掺水泵电能消耗的主导因素。

1.3.2 机组效率的影响因素分析

从前面的分析可知，机组效率是影响掺水单耗和管网效率的主要因素。

二、 节能方法分析

当需要量与泵额定工作点不匹配，或者泵额定流量大于需要流量时，有两种方法可以解决特性曲线不匹配的问题。

2. 1打回流调节方法

打回流是最容易想到的方法。由泵特性曲线中流量——功率曲线可知，通过泵的流量增加时，功率消耗是增加的，打回流虽然解决了流量偏大的问题，但通过泵的实际流量并没有减小，因此功率消耗并没有减小。打回流虽然满足了生产工艺要求，但打回流是最不经济的调节方法。反过来，当流量减小时，虽然效率降低了，功率消耗总是减小的，总用电量将会降低。因此，降低掺水量，提高掺水利用率，是效果最好的节能方法。在满足掺水需求的前提下，尽量降低掺水量。

2. 2阀门调节方法与调速调节方法

打回流方法不改变泵特性曲线，也不改变管网特性曲线。当两者不匹配时，可以改变管网特性曲线，也可以改變泵特性曲线。

三、掺水系统节能对策

3.1 降低掺水量，提高掺水利用率

由泵特性曲线可知，当流量降低时，虽然泵效率也降低了，但功率消耗是降低的。因此，努力降低流量，减少不必要的掺水，是节能效果最明显的方法。

3.2 优化机组运行方式

根据全厂机组效率测试结果，改变原先的轮流运行方式，修改为按单耗及效率优先的原则，优先运行高效率机组，其它机组作为备用机组。

根据测试结果，与全厂各集油站掺水泵进行了优化运行，下表是根据测试结果对各站进行优化后推荐运行方式，将此表提供给集输，在设备允许的情况下，优先设备运行。

3.3 优化机组配置

（1）当实际掺水量与泵额定流量接近，或者实际排量系数接近1时，泵机组效率比较高，设备利用率也比较高。

（2）单台大排量泵运行比两台小排量泵运行效率高。

符合这样的配置是比较优的，运行效率高。由于各站都有备用泵，因此只按平均流量考虑即可，不必考虑极少数情况下泵排量不够的情况。

3.4 更新高能耗设备

对于能耗偏高，效率偏低且无可替代的设备，进行设备更新，更换为新型高效节能设备，并根据管网匹配要求，配备相应的变频技术，降低管网损耗。

根据测试结果及年运行情况分析，6#、9#集油站效率偏低，掺水单耗偏高，经济效益差。效率低的原因主要是设备选型不当，设备额定排量偏大而实际运行流量偏小。从现有的设备中暂无可替代泵机组，因此建议6#、9#集油站各增加一台25m3/h泵，并配备变频技术。更新后掺水单耗可由原来的2.5 kWh/m3降低到1.5 kWh/m3。

四、结论及认识

（1）提高掺水利用率，有效降低掺水量，是最根本最有效果的节能方法。

（2）泵机组效率是影响掺水单耗的最主要因素，提高机组效率可以降低掺水单耗，节约电能。

（3）改变优化机组运行方式，可以在不增加投入的情况下提高掺水效率，降低电量消耗，应优先采用。

（4）优化调整机组配备，在较少投入的情况下提高掺水效率，降低电能消耗。

（5）更新高能耗设备机组，虽然投入相对较高，但能较大幅度提高掺水效率，且能长期发挥作用，节能效果也比较明显。

参考文献：

[1]马雄飞. 提高离心泵效率的探讨. 机械工程师，2012（6）148-150

[2]马建林. 探讨如何提高水泵工作效率.河南科技，2013 （24） 102