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[摘 要]变频调速器已被广泛的应用于生产中，主要得益于优良的节能特性和调速特性。油田产值能耗是国家大型企业最高的企业之一，油田作为一个特殊行业，有其独特的背景，要解决产品能耗，除其它相关的技术问题需要改进外，变频调速已成为节能以及提高生产质量的有效措施。本文浅析了变频调速器在油田采油区块注水增注泵的节能运用情况。
[关键词]变频器 注水系统 增注泵 节能
中图分类号：X558 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）02-0344-01
引言
临盘油田采油一礦临35区块，于八十年代初期开始开发，到九十年代末油气递减速度加快，石油储量逐渐减少。在生产总成本里，电力消耗是一笔不小的生产费用开支，占到总成本的1/3，而区块注水增注泵又是其中的高能耗设备。因此节能降耗已成为降低生产成本，提高产品质量的重要手段。近年来在油田采油设备大多是电机、风机为主，因而决定了变频器在增注泵的运用应以节能为第一目标。
1、区块注水系统状况分析
油田开发过程中由于地层能量不断衰减，用注水方式以保持地层能量，进行油田开发，注水压力的高低是决定油田合理开发和地面管线及设备的主要参数。L35区块采用在常压注水不能满足生产的需要，由于地层结构和生产需要，对部分注水井采高压增注泵加以增注的方式，来达到驱动油层的目的。注水系统压力在18Mpa压力下，当能满足注水井配注的情况下，就采用注水系统压力进行注水；当注水系统压力注水井注不进地层时，不能满足注水井配注的需要时，就考虑上增注泵增压，增注泵属于液力平衡式三缸单作用增压泵，即利用注水系统的注水二次增压，在往注水井注水，而增注泵注水方式习惯上又以泵出口压力分为常压（18Mpa）中压（18﹣25Mpa）高压（25﹣30MPa）超高压（30Mpa）四种情况。1.1注水压力的高低是决定油田合理开发和地面管线及设备的重要参数.考虑到后期开发注水井增多，注水工艺设计和电机设备配置都比实际宽裕，加之地质情况的变化，开关井数的增减，注水压力过高，浪费动力，也造成增注，导致水淹、水窜注水压力控制难度大，也给油田生产和管理带来诸多不便，因而要求油田注水压力恒定。1.2由于储油地层的压力及油气水分布不断在发生变化，其数值很难准确预测和控制，考虑到油田开发中的需要，在工艺和电机设备的配置上都按照油田最大功率的需求来设计，这一点在注水系统的设计当中显得尤为突出。系统运行常是大马拉小车，效率低下.而注水压力靠泵出口闸门手动控制，即靠改变管网特性曲线来调节泵的排量，泵、电机匹配难以达到泵的最佳工况点运行，正是从注水系统恒压注水和节能降耗的两个方面考虑，在L35块注水系统中的增注泵引入变频电机控制。
2、注水泵变频调速的节能原理
注水泵是典型的变转矩负载。变转矩负载的特性是转矩随速度的上升而上升。注水泵的电动机的轴功率P与其流量Q扬程H之间的关系式如下：P=Q*H（1）。当流量Q1由变化到Q2时，电机的转速为N1、N2，此时Q、H、P相对与转速的关系如下：Q2=Q2*（N2/N1）、H2=H1*（N2/N1）2、P2=P1*（N2/N1）3由式（1）和式（2）可以看出，水泵的电动机的轴功率（功率输出）与转速的3次方成正比，而转矩与转速的2次方成正比。
从算式中可以看出，在低速时功率会有很大的下降。由于注水泵运行于额定转速以上是恒功率调速，此时注水泵效率很低，机械磨损大，容易损坏电机。
从速度降低后的理论节能表1可以看出，通过改变电动机转速可以方便地改变水的流量。保证水压恒定；通过改变电动机的转速，在降低水流量的同时，可有效降低系统的电能损耗。
3、运用效果分析
目前L35区块高压增泵31台，考虑到注水压力及配注实际的需要，选择了通过调节变频器的输出频率，达到控制排量的目的保证管压恒定。泵的排量降低了，电机的负荷也就随之减少，输出功率也随之减少。实践证明使用了变频电机后在满足注水井配注量的需求下的同等条件下，同原来的普通电机相比，通过变频调速控制技术大大降低了能耗，节能效率在20%﹣40%。并且通过变频改造的注水增注泵还具有以下优点：3.1实现了电机的软启动、自由停车。电机通过变频器软启动从0﹣50HZ作缓慢加速启动，可以减少机泵因突然高速启动所带来的机械影响，减少了电机直接启动对电网4﹣7倍电流冲击。
3.2 提高了功率因数，改善了电机电源质量，电机的功率与实际负荷相匹配，系统达到节能运行的目的。3.3消除了泵的喘振、汽蚀、水击现象，可以延长管网、泵、阀门的维修周期和使用寿命。3.4实现了增注泵注水实际排量的合理控制，不会造成管网压力、流量、流速的剧烈变化，不需要阀门截流，增强了系统的稳定性和可靠性。
4、经济效益
以L35区块17号计量站高压增注泵运行的变频电机情况为例，该增注泵型号为3ZY125A﹣11/45﹣20，理论排量为11方时电机额定功率75KW，最高出口压力45Mpa。该泵同时满足3口注水井的配注任务，日配注量155方，泵压力28Mpa，变频器频率控制在40HZ就可以满足注水井配注要求。经过现场测试对比：在未安装变频调速器前测得实际电机功率为65KW，安装变频器后测得实际功率为48KW，单台功率下降26%，日降低电量消耗：24h*（65﹣48）=408KWh，一年开泵365天，系统效率95%计算，变频器控制利用率90%计算，年节约电量365天*95%*90%*408=127326.6KWh.按目前每度电0.58计算，年节约电费消耗7.13万元。以上数据可以看出，应用变频器调速以后节能效果非常明显，经济效益更为突出。
5、结论
变频调速技术作为高新技术、节能技术和基础技术，在L35区块增注泵的应用取得了明显的经济效益。电机变频调速技术是实现节能运行也是我国节能的一项重点推广技术，受到企业的普遍重视。《中华人民共和国节约能源法》第39条就把它列为通用技术加以推广。实践证明电机变频调速是一种理想的电机控制方式，即提高了设备效率，又可以满足不同的生产工艺，因此大大的减少设备的维护、维修费用，还降低了停泵周期，直接和间接经济效益十分明显。但是变频控制与一般继电器控制相比，变频控制的成本太高，因而必须提高相关产品的配套能力，在保证可靠性的前提下使用变频控制技术降低用电成本。
参考文献
[1] 王占奎.变频调速应用百例北京技术出版社，2000.
[2] 俞伯炎.石油节能技术北京石油出版社，2000.
[关键词]变频器 注水系统 增注泵 节能
中图分类号：X558 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）02-0344-01
引言
临盘油田采油一礦临35区块，于八十年代初期开始开发，到九十年代末油气递减速度加快，石油储量逐渐减少。在生产总成本里，电力消耗是一笔不小的生产费用开支，占到总成本的1/3，而区块注水增注泵又是其中的高能耗设备。因此节能降耗已成为降低生产成本，提高产品质量的重要手段。近年来在油田采油设备大多是电机、风机为主，因而决定了变频器在增注泵的运用应以节能为第一目标。
1、区块注水系统状况分析
油田开发过程中由于地层能量不断衰减，用注水方式以保持地层能量，进行油田开发，注水压力的高低是决定油田合理开发和地面管线及设备的主要参数。L35区块采用在常压注水不能满足生产的需要，由于地层结构和生产需要，对部分注水井采高压增注泵加以增注的方式，来达到驱动油层的目的。注水系统压力在18Mpa压力下，当能满足注水井配注的情况下，就采用注水系统压力进行注水；当注水系统压力注水井注不进地层时，不能满足注水井配注的需要时，就考虑上增注泵增压，增注泵属于液力平衡式三缸单作用增压泵，即利用注水系统的注水二次增压，在往注水井注水，而增注泵注水方式习惯上又以泵出口压力分为常压（18Mpa）中压（18﹣25Mpa）高压（25﹣30MPa）超高压（30Mpa）四种情况。1.1注水压力的高低是决定油田合理开发和地面管线及设备的重要参数.考虑到后期开发注水井增多，注水工艺设计和电机设备配置都比实际宽裕，加之地质情况的变化，开关井数的增减，注水压力过高，浪费动力，也造成增注，导致水淹、水窜注水压力控制难度大，也给油田生产和管理带来诸多不便，因而要求油田注水压力恒定。1.2由于储油地层的压力及油气水分布不断在发生变化，其数值很难准确预测和控制，考虑到油田开发中的需要，在工艺和电机设备的配置上都按照油田最大功率的需求来设计，这一点在注水系统的设计当中显得尤为突出。系统运行常是大马拉小车，效率低下.而注水压力靠泵出口闸门手动控制，即靠改变管网特性曲线来调节泵的排量，泵、电机匹配难以达到泵的最佳工况点运行，正是从注水系统恒压注水和节能降耗的两个方面考虑，在L35块注水系统中的增注泵引入变频电机控制。
2、注水泵变频调速的节能原理
注水泵是典型的变转矩负载。变转矩负载的特性是转矩随速度的上升而上升。注水泵的电动机的轴功率P与其流量Q扬程H之间的关系式如下：P=Q*H（1）。当流量Q1由变化到Q2时，电机的转速为N1、N2，此时Q、H、P相对与转速的关系如下：Q2=Q2*（N2/N1）、H2=H1*（N2/N1）2、P2=P1*（N2/N1）3由式（1）和式（2）可以看出，水泵的电动机的轴功率（功率输出）与转速的3次方成正比，而转矩与转速的2次方成正比。
从算式中可以看出，在低速时功率会有很大的下降。由于注水泵运行于额定转速以上是恒功率调速，此时注水泵效率很低，机械磨损大，容易损坏电机。
从速度降低后的理论节能表1可以看出，通过改变电动机转速可以方便地改变水的流量。保证水压恒定；通过改变电动机的转速，在降低水流量的同时，可有效降低系统的电能损耗。
3、运用效果分析
目前L35区块高压增泵31台，考虑到注水压力及配注实际的需要，选择了通过调节变频器的输出频率，达到控制排量的目的保证管压恒定。泵的排量降低了，电机的负荷也就随之减少，输出功率也随之减少。实践证明使用了变频电机后在满足注水井配注量的需求下的同等条件下，同原来的普通电机相比，通过变频调速控制技术大大降低了能耗，节能效率在20%﹣40%。并且通过变频改造的注水增注泵还具有以下优点：3.1实现了电机的软启动、自由停车。电机通过变频器软启动从0﹣50HZ作缓慢加速启动，可以减少机泵因突然高速启动所带来的机械影响，减少了电机直接启动对电网4﹣7倍电流冲击。
3.2 提高了功率因数，改善了电机电源质量，电机的功率与实际负荷相匹配，系统达到节能运行的目的。3.3消除了泵的喘振、汽蚀、水击现象，可以延长管网、泵、阀门的维修周期和使用寿命。3.4实现了增注泵注水实际排量的合理控制，不会造成管网压力、流量、流速的剧烈变化，不需要阀门截流，增强了系统的稳定性和可靠性。
4、经济效益
以L35区块17号计量站高压增注泵运行的变频电机情况为例，该增注泵型号为3ZY125A﹣11/45﹣20，理论排量为11方时电机额定功率75KW，最高出口压力45Mpa。该泵同时满足3口注水井的配注任务，日配注量155方，泵压力28Mpa，变频器频率控制在40HZ就可以满足注水井配注要求。经过现场测试对比：在未安装变频调速器前测得实际电机功率为65KW，安装变频器后测得实际功率为48KW，单台功率下降26%，日降低电量消耗：24h*（65﹣48）=408KWh，一年开泵365天，系统效率95%计算，变频器控制利用率90%计算，年节约电量365天*95%*90%*408=127326.6KWh.按目前每度电0.58计算，年节约电费消耗7.13万元。以上数据可以看出，应用变频器调速以后节能效果非常明显，经济效益更为突出。
5、结论
变频调速技术作为高新技术、节能技术和基础技术，在L35区块增注泵的应用取得了明显的经济效益。电机变频调速技术是实现节能运行也是我国节能的一项重点推广技术，受到企业的普遍重视。《中华人民共和国节约能源法》第39条就把它列为通用技术加以推广。实践证明电机变频调速是一种理想的电机控制方式，即提高了设备效率，又可以满足不同的生产工艺，因此大大的减少设备的维护、维修费用，还降低了停泵周期，直接和间接经济效益十分明显。但是变频控制与一般继电器控制相比，变频控制的成本太高，因而必须提高相关产品的配套能力，在保证可靠性的前提下使用变频控制技术降低用电成本。
参考文献
[1] 王占奎.变频调速应用百例北京技术出版社，2000.
[2] 俞伯炎.石油节能技术北京石油出版社，2000.