張 冉1,楊立欣2,趙 寧1,張冀星,王建斌
(1.中石化勝利油田技術(shù)檢測中心,山東 東營 257000;
2.中石化勝利油田濱南采油廠,山東 濱州 256600;
3.中石化勝利石油工程有限公司西南分公司,山東 東營 257000)
油田注水泵機(jī)組能耗因素分析
張 冉1,楊立欣2,趙 寧1,張冀星3,王建斌3
(1.中石化勝利油田技術(shù)檢測中心,山東 東營 257000;
2.中石化勝利油田濱南采油廠,山東 濱州 256600;
3.中石化勝利石油工程有限公司西南分公司,山東 東營 257000)
通過對比分析影響注水系統(tǒng)效率的因素,提出了相應(yīng)的節(jié)能降耗措施,為油田注水機(jī)組的經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。
注水泵機(jī)組;能耗;分析
油田注水用電量約占油田用電總量的40%,其高壓注水電機(jī)的平均功率高達(dá)2 000kW?,F(xiàn)階段,注水系統(tǒng)的節(jié)能已經(jīng)成為降低生產(chǎn)成本、緩解油田供電緊張的重要問題。因此,有必要對高壓注水電機(jī)和離心泵的能耗進(jìn)行分析,研究影響電機(jī)和注水泵效率的主要因素,并提出切實有效的節(jié)能降耗措施。
本次共檢測了92臺勝利油田在用電機(jī),其中具備電機(jī)效率測試條件的有31臺。所檢電機(jī)投產(chǎn)時間為1977~2010年,電機(jī)效率91.57%~96.36%,平均效率為93.95%。
1.投產(chǎn)年限對電機(jī)效率的影響
(1)2000年以后投產(chǎn)的電機(jī)共14臺,效率在92.32%~96.36%之間,平均效率為94.61%。
(2)1990~1999年投產(chǎn)的電機(jī)共9臺,效率在92.38%~94.50%之間,平均效率為93.60%。
(3)1989年以前投產(chǎn)的電機(jī)共4臺,效率在91.57%~93.02%之間,平均效率為92.30%。
由此可見,隨著電機(jī)使用年限的增加,電機(jī)效率有不同程度的下降,但電機(jī)效率均能夠保證在91%以上。
2.負(fù)載率對電機(jī)效率的影響
(1)負(fù)載率在60%以下的電機(jī)共2臺,效率為92.32%和93.89%,平均效率為93.11%。
(2)負(fù)載率在60%~69%的電機(jī)共5臺,效率在92.10%~94.70%之間,平均效率為93.47%。
(3)負(fù)載率在70%~80%的電機(jī)共10臺,效率在92.38%~95.93%之間,平均效率為94.05%。
(4)負(fù)載率在81%~90%的電機(jī)共8臺,效率在93.15%~95.65%之間,平均效率為94.12%。
(5)負(fù)載率在91%以上電機(jī)共5臺,效率在94.00%~96.36%之間,平均效率為94.77%。
由此可見,負(fù)載率多在60%以上,負(fù)載對電機(jī)效率影響較小,隨著負(fù)載率的上升,負(fù)載率對電機(jī)效率的影響也有相應(yīng)的增加。
3.同一年代投產(chǎn)電機(jī)效率比較
在所檢測的電機(jī)中,2008年投產(chǎn)的有11臺,效率在92.32%~96.36%,平均效率為94.63%,最高效率與最低效率相差4.04%。同一年代投產(chǎn)的電機(jī),由于安裝質(zhì)量和日常保養(yǎng)程度的不同,導(dǎo)致電機(jī)效率也有差異。因此應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)。
(1)電機(jī)安裝前,應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對基礎(chǔ)施工質(zhì)量的監(jiān)督。
(2)電機(jī)安裝后對安裝質(zhì)量、運(yùn)行性能應(yīng)進(jìn)行檢測。
(3)電機(jī)運(yùn)行過程中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測,如振動、噪聲、溫度、潤滑油品質(zhì)的定期監(jiān)測。
(4)電機(jī)運(yùn)行過程中如發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)當(dāng)及時停機(jī)進(jìn)行檢修。
4.不同額定功率電機(jī)效率
表1為不同功率的YK系列電機(jī)效率對比,從表中可以看出,對于YK系列電機(jī),在電機(jī)設(shè)計理論中不同功率電機(jī)的渦流損耗和熱損耗差別不大,因此額定功率越大的電機(jī)效率理論上應(yīng)該越高。通過本次檢測分析也驗證該理論,在今后的泵站改造及新建泵站過程中從節(jié)能角度考慮應(yīng)當(dāng)盡量選用大功率電機(jī)。如新建一個總裝機(jī)容量4 000kW的泵站,選用2臺2 000kW(或1臺2 000kW 2臺1 000kW)的電機(jī)就優(yōu)于選用4臺1 000kW的電機(jī)。
表1 不同功率電機(jī)效率對比
對于注水泵的檢測,本次同樣選擇了勝利油田在用的92臺注水泵,其中具備泵效測試條件的31臺。泵效為58.64%~80.30%,平均泵效為71.86%。
1.注水泵級數(shù)對效率的影響
(1)級數(shù)為9級的注水泵共檢測14臺,泵效為58.64%~80.30%,平均效率為72.26%。
(2)級數(shù)為10級的注水泵共檢測14臺,泵效為62.45%~80.16%,平均效率為71.14%。
可見不同級數(shù)的注水泵泵效差別不大。
2.注水泵額定排量對效率的影響
表2為不同排量注水泵效測試結(jié)果,從中可以看出,額定排量越大,泵效越高,因此在設(shè)備選型時,為節(jié)能降耗,應(yīng)優(yōu)先選用額定排量較大的注水泵。
表2 不同排量注水泵泵效
3.注水泵改造升級
由于注水工藝要求或管網(wǎng)需要,有的注水泵會進(jìn)行葉輪切割、拆級或整體改造,本次檢測的92臺注水泵中有9臺進(jìn)行過改造,對其中5臺進(jìn)行了泵效測試,如表3所示。
表3 改造后泵效分析
(1)注水泵進(jìn)行改造后,泵的工作特性曲線發(fā)生了變化,泵的工作點(diǎn)有可能處在高效區(qū),也有可能偏離高效區(qū),從而導(dǎo)致泵效的升高或降低。
(2)根據(jù)測試數(shù)據(jù)來看,對泵進(jìn)行葉輪切割或拆級改造后,泵效有所下降,對泵進(jìn)行整體改造(包括葉輪、泵殼、軸),泵效有所上升。
(3)在注水工況進(jìn)行調(diào)整需要對泵進(jìn)行改造時,應(yīng)當(dāng)從改造成本、使用成本等多方面綜合進(jìn)行考慮。
使用ATPOL ESA軟件對電機(jī)進(jìn)行故障診斷,共分析了86臺電機(jī)的電流信號,其中存在機(jī)械方面不對中或不平衡、諧波失真、轉(zhuǎn)子存在斷條、匝間短路等故障的電機(jī)共47臺,占檢測數(shù)量的54.7%。在檢測的92臺電機(jī)中,電機(jī)底座振動量超標(biāo)的共9臺,占所檢數(shù)量的9.8%;噪聲超標(biāo)的共4臺,占所檢數(shù)量的4.3%;軸瓦溫度均符合要求未超標(biāo)。在有故障的47臺電機(jī)中,同時存在振動超標(biāo)的有4臺,存在噪聲超標(biāo)的有2臺。在測試電機(jī)效率的31臺電機(jī)中,無故障的有14臺,平均效率為94.40%,有故障的有17臺,平均效率為93.58%,低于無故障電機(jī)效率。
在檢測的92臺注水泵中,注水泵底座振動量超標(biāo)的共1臺,占所檢數(shù)量的1.1%;噪聲超標(biāo)的共26臺,占所檢數(shù)量的28.3%;軸瓦溫度均符合要求未超標(biāo)。在測試泵效的31臺注水泵中,無故障的有27臺,平均效率為72.16%,有故障的有4臺,平均效率為69.84%,低于無故障注水泵效率。
1.使用年限對電機(jī)能耗的影響
油田在用的高壓電機(jī)運(yùn)行時間較長,達(dá)到規(guī)定報廢年限14年的有52臺,占檢測數(shù)量的56.5%,這部分電機(jī)的主要性能指標(biāo)都有不同程度的下降,勢必會造成能耗增加。形成這種問題的主要原因如下。
(1)老型電機(jī)本身設(shè)計損耗大。
(2)電機(jī)繞組老化,阻值加大,電機(jī)自身損耗增加,進(jìn)而造成電機(jī)效率下降。
(3)長時間運(yùn)行導(dǎo)致轉(zhuǎn)子、繞組、軸瓦振動加劇,造成機(jī)械損耗加大。
2.電機(jī)與注水泵的匹配情況對能耗的影響
少數(shù)泵站電機(jī)與注水泵不匹配,電機(jī)負(fù)載率偏低,引起電機(jī)實際運(yùn)行效率下降,造成使用成本增加。形成這種情況的主要原因如下。
(1)因需要注水量發(fā)生變化,更換了小排量的泵而電機(jī)沒有更換。
(2)由于注水工況的調(diào)整而進(jìn)行的泵的拆級或切割葉輪改造。
(3)由于注水管網(wǎng)腐蝕老化,容易形成穿孔,壓力達(dá)不到設(shè)計值。
3.負(fù)載及額定排量對能耗的影響
測試效率的31臺電機(jī),平均效率為93.95%,負(fù)載率在70%以上的時候電機(jī)效率較高。測試泵效的31臺注水泵,平均泵效為71.86%,額定排量大的注水泵效率較高。
4.故障對能耗的影響
有55臺電機(jī)存在機(jī)械方面不對中或不平衡、諧波失真、轉(zhuǎn)子斷條、匝間短路、振動量超標(biāo)、噪聲超標(biāo)等故障,有故障電機(jī)平均效率93.58%,低于無故障電機(jī)的平均效率94.40%。建議對故障電機(jī)進(jìn)行檢修,排除故障,確保電機(jī)高效運(yùn)行。有27臺注水泵存在振動量超標(biāo)、噪聲超標(biāo)的故障,有故障注水泵的平均效率為69.84%,低于無故障注水泵的平均效率72.16%。
5.改造對能耗的影響
有9臺注水泵進(jìn)行了葉輪切割或拆級等改造,這部分注水泵效率差別較大,最低的62.45%,最高的78.48%。對泵進(jìn)行簡單的葉輪切割或拆級改造后,泵效會下降,對泵進(jìn)行整體改造(包括葉輪、泵殼、軸),只保留原有的潤滑、冷卻等系統(tǒng)時,泵效有可能會上升。建議在注水工況進(jìn)行調(diào)整需要對泵進(jìn)行改造時,應(yīng)當(dāng)從改造成本、使用成本等多方面綜合進(jìn)行考慮。
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1671-0711(2014)04-0014-03
2014-02-08)