油田掺水系统电力消耗优化运行研究

刘江

（中国石化河南油田分公司采油二厂 河南 唐河 473400）

引言

河南稠油油田有14个集油站和1个联合站，掺水泵共41台，所用水泵主要是两级离心泵，额定排量最大100m3/h，最小排量25m3/h。离心泵适合于大排量、低扬程的场合，一般机组效率50%左右。经测试表明，河南稠油油田掺水系统泵机组效率平均为36.79%，整体运行效率较低，平均单耗1.7 kW·h/m3，电能浪费严重。

1 电能损耗节点分析

掺水系统是用掺水泵将从原油分离出来的污水通过专用掺水管线再返送回油井单井，掺入到油井产出液中，以降低产出液流动阻力。电能损失主要是泵机组能量损失和管网损失。

2 电能损耗影响因素分析[1]

为了找出影响电能损耗、效率等方面的主要影响因素，根据测试结果及特性曲线进行分析。

2.1 掺水单耗与机组效率的关系

根据掺水泵效率测试结果，作出掺水单耗与机组损失率的关系曲线。从机组损失率与单耗曲线上看，二者趋势相近，说明机组效率是影响电能消耗的主导因素。

2.2 机组效率的影响因素

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。从公式（泵机组效率=电机效率×传动效率×泵效率）中可以看出泵机组效率是由泵效率、传动效率和电机效率构成的。

2.3 泵效率

泵的特性曲线都是与流量密切相关的。随流量增加，泵消耗功率也增加。因此，降低电能消耗最直接的办法就是降低掺水量。随着掺水量上升，泵效率上升；当掺水量达到额定值后，随着掺水量上升，泵效率反而下降。

2.4 传动效率

由于泵和电机的传动为硬连接，传动效率接近100%，对整个机组效率影响不大。

2.5 电机效率

由于电机功率是与泵功率是相匹配的，当泵功率确定后，电机功率也就确定下来了。

3 管网损耗影响因素分析

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。

3.1 机组效率与管网的相互制约关系

为了满足不同流量的需要，泵配备的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实际功率。所以，泵实际工作时一般总是需要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。

3.2 节能方法分析

根据泵特性曲线和管网特性曲线特点，比较容易得出结论变频调节比阀门调节更节能，而阀门调节比打回流调节节能。

4 掺水系统节能对策

4.1 降低掺水量，提高掺水利用率

当流量降低时，虽然泵效率降低了，但功率消耗也是降低的。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。

4.2 优化机组运行方式

根据机组效率测试结果，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。

优化运行后，机组平均效率提高到39.9%,平均掺水单耗由1.7kW·h/m3降低到1.54 kW·h/m3。2015年，共掺水5118866m3，由此可计算出节约电量(1.7-1.54)×5118866=81.9×104kW·h，折合电费81.9×0.874=71.6万元。

4.3 优化机组配置

根据各站掺水现状及机组效率测试结果，对机组效率低于40%的站，从机组效率高于40%的其它站中，选取泵特性曲线与管网特性曲线相匹配的备用设备改造移位，提高该站掺水效率。优化机组配置只需要投入少量移位安装费。

根据测试结果，8#、9#、10#集油站掺水效率低，3#集油站掺水效率高且备用泵够用。将3#集油站的5#掺水泵（掺水单耗为1.22kW·h/m3）移位到10#集油站（掺水单耗为2.12kW·h/m3）做主泵运行。移位后经实际测试，发现掺水单耗比原来上升了。这是由于10#站掺水量较小的原因。2015年10#站共掺水255233m3，因此移到10#站后年节约电量(2.12-1.6)×255233=13.27×104kW·h，年节约电费13.27×0.874=11.6万元

4.4 更新淘汰高能耗设备

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，8#、9#、10#集油站效率偏低，掺水单耗偏高，经济效益差。经分析，这三个站平均每小时掺水25m3左右，而安装选型额定排量都是50 m3的泵，因此能耗偏高的原因应该是设备选型不当。为解决该问题，三个站各更新一台掺水泵，额定排量选为25 m3，并配备变频节能技术。改造后掺水单耗由平均2.24下降到1.73。2015年三个站共掺水767255m3，进行设备更新改造后年节约电量(2.24-1.73)×767255=391300kW·h，折合电费391300×0.874=34.2万元。投入当年即可收回投资。

5 结语

（1）提高掺水利用率，有效降低掺水量，是最根本最有效的节能方法。

（2）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。

（3）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。

（4）更新淘汰高能耗设备机组，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。