油田注水系统电力消耗现状分析及对策研究

李瑞玉 何运禄 张雨 高保鹏

（中国石化河南油田分公司采油二厂，河南 唐河 473400）

油田开采、生产是耗能大户,其中，电力消耗约占总能耗的1/4。按用电设备的功能划分主要分为注汽系统、机采系统、注水系统、集输系统、供配电系统以及非生产系统。用电设备多样化，各种用电设备能耗差别大。

本文通过对中石化河南油田采油二厂注水系统电力消耗现状分析,在大量测试分析的基础上，找出了存在的问题及节能降耗潜力点,提出了节能降耗对策建议。

2018年，对采油二厂注水系统进行了用电设备统计，对注水系统进行了较全面的测试分析，测试分析3100多井次，完成了采油二厂注水系统的用电现状分析，对系统的节能潜力进行了预测分析，提出了节能降耗对策建议。

一、 注水系统流程及主要用电设备

目前，注水系统主要有王集注水站、古城1#、2#集油站注水、井楼楼八区注水以及环保回注注水等。注水系统用电设备主要包括喂水泵和注水泵。注水系统主要用电设备是注水泵（一般为柱塞泵）、喂水泵（单级离心泵）、转水泵（多级离心泵）、提升泵（单级离心泵）。

注水系统测试分析。为了调查清楚注水系统的节能现状，对采油二厂注水系统的运行设备进行了机组效率测试。为了测试结果准确，所有测试录取两组数据，结果取平均值。从取得的数据，可以看出，注水泵排量平均利用率79.5%，平均效率78.3%。

（一）柱塞泵效率测试分析

柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点，被广泛应用于高压、大流量和流量需要调节的场合。柱塞泵一般效率80~95%之间，与水量、压力关系不大，主要与泵制造工艺、老化程度有关。王西2#注水泵效率70%，2#站1#增注泵效率56.1%，这台泵效率偏低一些。

柱塞泵也可用变频器节约电能。柱塞泵在实际生产过程中，通常运行的情况下都是以压力或流量来调节工作状态。当实际压力大于需要压力时，都是通过溢流阀来调节，使其工作压力保持稳定让溢流阀施放超出部分。而电机一直处于全速运行反复动作，功耗不变。

当采用溢流来调节压力和流量时，有部分的余量溢流回原系统，从而造成柱塞泵存在无用功率，工作效率低，若配套变频器后，溢流阀可定它封闭，通过节能变频器本身自动调整工作压力，保持工作压力的稳定，自动追踪设备的压力。实现自动化控制，从而节省能耗。这种调节方式最大优点就是能降低柱塞泵的运行能耗，节电效果可达30%以上。

主要特点及功能

1、节电效果可达30-70%，主要与工艺流程有关；

2、电机软启动，减少对机械的冲击；

3、具有欠压、过压、过载、短路、缺相等自动保护；

4、减少机械的维修成本；

5、操作简单、可实现远程控制。

有4台泵八区1#注水泵、环保回注3#泵、1#增注泵、3#注水泵节电率比较高。参考第三章注汽系统对柱塞泵的测试，这四台泵的平均节电率约30%以上，年节电(118.2+118.4+21+198.6)/0.7×0.3×7200 =140.7×104kWh。

（二）喂水泵效率测试分析

注水系统喂水泵机组效率测试结果，可以看出，喂水泵平均流量利用率48.4%，平均效率42.8%，效率较低。

从曲线图可以看出，喂水泵效率曲线与排量曲线趋势非常相似，只有王集1#集油站污水回用1#提升泵排量超过其额定排量，王柴1#喂水泵效率偏低，其它泵效率曲线与排量利用率曲线相似度很高。这充分说明喂水泵排量利用率是影响机组效率的主要因素。从喂水泵特线曲线上也可以得到相似结论。

从离心泵的特性曲线上看，效率——流量曲线近似抛线，当泵工作在额定工作点附近，即流量接近定额流量时，泵效率最高。从测试结果上看，平均流量利用率48.4%，平均效率42.8%，效率较低。这主要原因是泵型流量偏大。通过合理选型，使泵工作在较高的工作点，能够提高泵效率，可以提高到60~80%，机组效率可提高到50~70%。

二、注水系统节能建议及节电潜力分析

降低离心泵能耗，提高泵组效率应采取的措施：

1．更换低效离心泵。更换时，结合管路特性曲线和泵的特性曲线，选用与实际运行工况参数相接近的离心泵，保证更换后的泵始终在接近额定工况下运行。

当实际流量小于额定流量较多时，更换额定流量较小的泵。为了保证泵工作在额定工况，实际选配时可按倍增原则来配置：即按最低流量倍数配置。如最低流量为20m3/h，最高流量为100，则可配两台20、两台40的泵。实际运行时，根据所需流量，开启相应泵，使泵实际流量接近额定流量运行。

2．变频节能技术的应用。对设计参数大于实际运行工况的离心泵，加装变频调速装置后，使泵运行在高效区。

3．离心泵的选择。选用新泵时，应选品牌厂家生产的泵，以保证离心泵高效率。

4．加强离心泵的维护。（1）要经常对离心泵轴端密封进行检查和调整，降低容积损失；（2）当离心泵累计运行1万h后，应进行大修，恢复泵效；（3）在离心泵上推广应用波纹管密封技术，彻底消除离心泵外漏，提高容积效率。

5．定期清理过滤缸，检查管线连接，保证离心泵进液管路畅通。

6．严格按照离心泵操作规程，启泵前一要进行盘泵，打开进口阀门，关闭出口阀门，进行排气放空，检查泵的进口压力是否符合要求。防止供液压力低和流量不足而引起泵的气蚀现象发生。

7．定期对离心泵进行泵效检测，对泵效低的泵组，要及时查找原因，采取相应措施加以解决。

假设仅运行中，仅对测试过的效率低于50%的泵进行重新选型，更换，更换后按50%的运行效率计算。对效率高于50%的泵暂不进行更换。更换后节能效果预测如表1-1。

表1-1 注水系统节电潜力预测表

由表1-1可以看出，由于喂水泵长期工作制，年运行小时可按8000小时计算，注水系统年可节电68.6×104kWh。

三、结论与认识

通过对采油二厂注水系统的测试、分析，并提出了节能潜力和节能对策建议。根据以上分析，可以得到如下结论：排量系数是影响离心泵效率的主要因素，注水系统的主要节能对策是离心泵的优化选型，使其工作在额定点附近，提高机组效率。