嵌入式注水站改造中的问题与对策

赵东升（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

1 背景介绍

1.1 喇二注水站情况

喇二注水站于1974年7月投产，现有4台注水机组，1座1 000 m3污水罐、1座1 000 m3清水罐、2台冷却水泵、1座稀油站，7条出站管道，由喇二污水站提供普通污水，将原有一个1 000 m3污水罐改为1 000 m3清水罐，用作自然冷却水罐。目前设计注水能力21 600 m3/d，现在实际处理量为19 063 m3/d，负荷率为88.25%[1-2]。

1.2 改造必要性

1.2.1 水罐系统

污水罐规格为1 000 m3，实际处理量为19 063 m3/d，经计算其污水实际缓冲时间为1.01 h，不满足4～6 h规范要求，污水罐缓冲时间不足；罐体壁板与罐顶结合处有泄漏，储罐整体下沉，导致泄污孔低于地表面。经宏观检查，罐体壁板有多处修补，且有多处出现凹陷的情况，另外，罐体整体下沉，导致泄污孔低于地表面[3-4]，水罐现场图见图1。

图1 水罐现场图Fig.1 Pictures of water tanks

1.2.2 注水机组

该站共D300型注水机组4台，运3备1，处理能力21 600 m3/d，实际处理量为19 063 m3/d，负荷率为88.25%，年总耗电量为5 184×104k Wh。根据现场调查，1#、2#注水机组投产于2004年，3#注水机组投产于2019年，4#注水机组投产于2003年。运行年限长，泵体内部元件结构腐蚀、老化。其中1#注水机组存在电动机过热、轴瓦磨损严重、损坏等问题；2#注水机组存在前瓦座与瓦盖接合面变形、漏油，轴瓦温度高、损坏等问题；4#注水机组存在机组振动剧烈、注水泵刺水、漏油等问题。据统计，2017—2018年，累计维修28次，严重影响生产运行[5-8]。

1.2.3 冷却润滑系统

该冷却系统是依靠大罐与空气对流自然换热，对高温水进行冷却，夏季气温高时，换热效果不佳，水温高影响机泵运行，需定期更换罐内清水，造成了清水的浪费。据统计，2016—2021年每年由于更换冷却水消耗清水量为1.5×104m3左右，折合费用约8.33万元/a。

1.2.4 高压管道占压

喇二注水站共7条出线，根据现场调查，2条向东出线经过储罐及罐间阀室底部，若管道腐蚀穿孔，高压水流将破坏水罐基础，导致水罐倾斜、下沉、倒塌，存在安全隐患。

1.2.5 注水站整体地势低洼

注水泵房建于1974年，为喇二联合站地势之最低点，其低于场地路面约0.5 m。泵房等处常年雨水倒灌，现场只能外接水泵排水。泵房内有高压电缆等用电设施，积水会导致短路、触电、人员滑倒等风险。

2 喇二注水站优化运行研究

2.1 布局优化

通过布局优化，实现注水站不停产改造。根据生产要求，注水站与变电站距离不宜超过100 m，距离过大会影响电力传输，导致电流过大，将使注水泵无法正产启停，影响生产，因此注水站选址应在变电站较近位置。喇二联合站站外系统见图2。

图2 喇二联合站站外系统Fig.2 System drawing outside La'er union station

站外情况：由站外系统图可知，临近变电所一侧，井、管道量大密集，在该区域新建注水站，迁建工作量大、对生产影响大。

站内情况：经现场勘查，注水站北侧为空置场地，其尺寸为47 m×35 m，总面积约为1 645 m2，该区域南、西侧临路，东侧为采暖泵房（防爆场所），北侧为采暖管道。

1）罐区、注水区域分置合理利用站内空间。罐区与注水区域隔路建设，即利用北侧现空置场地，新建注水站泵房，利用原注水站水罐附近新建罐区、冷却系统设施。

2）采取冗余对策，设置多道防线，保证安全距离。一是改变常规布局，将配电室移至泵房北侧，与高压阀组间平行，增加新建建筑物与已建泵房之间的距离为11 m；二是将临近采暖泵房一侧采用防火墙，增加其防爆、耐火能力。

3）采取循环冷却系统，减少清水消耗。通过循环冷却系统，替代大罐对流冷却，新建冷却塔、冷却水罐各1座，采用新工艺后，可避免清水浪费，年可节约清水1.5×104m3。拟新建位置及平面布置情况见图3。

图3 拟新建位置及平面布置情况Fig.3 Location and layout of new water injection station

2.2 参数优化

通过参数优化，实现设备合理匹配。根据开发预测，喇二注水站未来十年注水量为19 180 m3/d，按照该站目前设备情况注水系统：处理量为21 600 m3/d，运行负荷率为88.79%。污水系统：水罐规格为1 000 m3，处理量为19 180 m3/d，经计算其污水实际缓冲时间为1.01 h，不满足4～6 h规范要求。冷却水系统：按照原设计能力，冷却水量应为171.5 m3/d，目前其建设100 m3/h冷却水泵2台，系统负荷为171.5%，冷却水量不足[9-10]。

1）优化注水参数，保证注水系统高负荷运行。针对预测水量为19 180 m3/d，确定新建注水站规模为19 200 m3/d，建设D400注水泵3台，运2备1，负荷率为99.89%，负荷率提高了11%，同时还少启1台注水泵，年可节电约1 313×104k Wh。

2）优化缓冲参数，保证污水系统缓冲时间。鉴于喇二注水站仅注入1种水质，计划设置2 000 m3缓冲水罐、污水罐2座，改造后，其缓冲时间可达到4 h，满足规范要求，保证缓冲时间。

3）优化冷却参数，保证注水统平稳运行。鉴于未来运行2台注水泵，重新设置冷却系统运行参数，设置冷却水泵3台，排量为100 m3/h，改造后冷却水系统负荷为58.25%，能够保证冷却效果，保证系统平稳运行。拟新建喇二注水站泵房布置情况见图4。

图4 拟新建喇二注水站泵房布置情况Fig.4 Layout drawing of pump house of new water injection station

4）通过环节优化，实现改造的有序衔接。根据现场调查，2条向东的出线经过储罐及罐间阀室底部，水罐及阀室拆除作业过程中，施工机械及地层变化可能对埋地管道造成扰动、破坏，导致管道局部沉降、隆起、破损穿孔，存在安全隐患。

由于场地限制，新建污水罐区域与已建污水罐区域必然有一定重叠，若不拆除已建罐区，则新建罐区无法施工，而注水站不能停止运行。拟新建喇二注水站改造衔接示意图见图5。

图5 拟新建喇二注水站改造衔接示意图Fig.5 Drawing of transformation and connection of new water injection station

为保证喇二注水站的正常运行，实现注水站改造的顺利、平稳开展，采用连环替代法，将改造生产衔接对策分4步进行：

1）原注水站保持运行，新建注水泵房、注水泵、冷却水罐、冷却水塔、注水管道，之后临时停产，占压管道迁建。

2）利用新建冷却水系统代替清水罐对老站注水系统进行冷却，拆除原冷却用清水罐，在其原位置附近新建一座污水罐。

3）临时停产，管道连头，利用新建污水罐给新建注水站供水，利用新建冷却水系统给新建注水站冷却，拆除老站污水罐及注水泵房，拆除临时管道等。

4）新建第二座污水罐及罐间阀室，拆除原注水管道。

2.3 无人值守模式改造

通过结合喇十七模式，进行无人值守模式改造。2014年喇二联合站整体改造后，站内建有中心控制室一座。目前，除喇二注水站未进行集中控制改造以外，站内其他岗位均已实现了中心控制室集中监控,为适应公司数字化建设发展趋势，结合公司中大型站库的建设要求，对喇二注水站按照喇十七、喇400合建站注水系统控制模式，进行无人值守模式改造。

通过完善数据采集和过程控制，同时将信号上传至喇二联中心控制室。中心控制室对该站进行显示、报警、控制、记录，压力、液位、电流等检测仪表具有远传功能。

1）自控仪表系统改造。在系统中新增78个检测点，通过对注水站生产过程中的温度、压力、流量、液位、机泵状态等工艺参数的自动检测、控制及超限报警，实现对生产运行的自动监控，确保注水站安全平稳运行。

2）视频监控系统改造。为使值班人员能够及时发现、确认故障以及安全隐患，中心级监控和本地级监控系统均基于IP技术、采用以网络硬盘录像机为核心的网络视频监控系统，在现场新增6个站场前端摄像机，实现对整个监控系统的存储、授权控制等功能，中心级监控设置监控管理终端。

3）数据传输系统改造。按照“站场数字化”方式建设，喇二注水站自控系统通过工业以太网交换机及光缆，与喇二联合站中心控制室室内PLC控制系统建立通信，并对喇二联合站中心控制室内PLC控制系统进行系统调试，实现数据上传。

喇二注水站实现无人值守后，施行中心控制室远程监控，巡检维修。人员资源配置优化完全实行集中监控无人值守模式后，可减员5人，按每人每年成本15万，年节约人工费用75万元。

2.4 优化效果

通过对喇二注水站优化运行，实施注水站不停产改造、提高注水系统运行负荷率、提高冷却效果、实施站库无人值守，喇二注水站改造节能效果见表1。

表1 喇二注水站改造节能效果Tab.1 Energy-saving effect of the transformation of La'er water injection station

3 结论

1）喇二注水站存在的诸多问题，代表了采油六厂运行年限长的注水站的现状，该改造为有限空间内进行的全面更新，为未来在类似情况下喇一注、喇Ⅱ-1注等嵌入式站库改造，提供了一定技术支持。

2）在注水站改造过程中，通过应用诸多成熟节能措施，有效降低了注水系统的能耗，实现改造过程节能降耗，优化注水系统参数，核减注水泵1台，应用循环冷却系统等技术，可节约清水浪费,实施无人值守，实现节约操作人工。

3）通过应用配电室后置、罐区与泵房分置等措施，可有效缩短注水泵房的长度，更加有效的利用站内空间，保证改造安全距离，实现有限空间内注水站的改造。

4）通过采用连环替代、临时措施的有效衔接，可实现注水站的不停产改造，实现注水站更新的同时，保证注水系统的正常运行。

5）根据生产要求，未来注水系统将全面实行集中监控、无人值守措施，此次改造通过仪表、监控、传输系统的改造，将新建的注水站控制系统接入联合站已建系统，实现整个联合站的无人值守改造，为今后的联合站外接控制系统提供了技术保证。