淺談離心泵變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用

楊薇（大慶油田第六采油廠第一油礦,黑龍江大慶163000）

淺談離心泵變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用

楊薇（大慶油田第六采油廠第一油礦,黑龍江大慶163000）

變頻調(diào)速技術(shù)是通過(guò)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量，能根據(jù)輸油參數(shù)的不斷變化進(jìn)行調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)流量的大小，有效地抑制機(jī)泵運(yùn)行中的大馬拉小車(chē)的現(xiàn)象，減少用電設(shè)備的損耗，使得日輸油量更加平穩(wěn)，易于控制工藝參數(shù)。

外輸油泵;節(jié)流調(diào)節(jié);變頻調(diào)節(jié)

1 變頻調(diào)速的應(yīng)用背景

離心泵在油田的使用過(guò)程中主要就是為了調(diào)節(jié)流量，目前對(duì)于離心泵流量的調(diào)節(jié)主要有2種方法，一種方法是可以應(yīng)用管路節(jié)流或者是旁路回流的方式進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，另外一種流量調(diào)節(jié)方法是調(diào)節(jié)離心泵的轉(zhuǎn)速，或者是將離心泵的葉輪外徑縮小進(jìn)行調(diào)節(jié)。

第一種方法雖然操作簡(jiǎn)單，但是長(zhǎng)期應(yīng)用該方法就會(huì)造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，出口旁路調(diào)節(jié)能耗增加；而切削葉輪也不利于實(shí)際生產(chǎn)的變化，長(zhǎng)期使用不經(jīng)濟(jì)。變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用能夠有效解決這一難題，通過(guò)改變輸油泵的電機(jī)的輸出頻率（調(diào)頻范圍為0—50Hz）來(lái)調(diào)節(jié)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，使泵機(jī)組始終處于高效區(qū)運(yùn)行，保持最佳工作狀態(tài)，來(lái)實(shí)現(xiàn)輸油泵的工況調(diào)節(jié)，降低能耗增加設(shè)備的利用率，減少電機(jī)無(wú)用功損耗，是滿足工藝條件下的一條即經(jīng)濟(jì)又環(huán)保的技術(shù)途徑。

2 輸油泵機(jī)組變頻調(diào)速管理的節(jié)能原理及技術(shù)措施

2.1 離心泵變頻調(diào)速的節(jié)能原理

變頻器主機(jī)的基本工作原理是由可控硅整流模塊和高壓大容量的電容把工頻電源的三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電，再由大功率晶體管把直流電轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的三相交流電輸出。由三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)公式n=60f1（1--S）/P可以知道，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)沒(méi)有改變的時(shí)候，也就是磁極對(duì)數(shù)P這個(gè)參數(shù)與轉(zhuǎn)差率S沒(méi)有變化，假如對(duì)電源頻率f1進(jìn)行改變，那么電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)也就相應(yīng)地隨之改變。因此我們能夠知道變頻器就是在改變電源頻率的基礎(chǔ)上來(lái)帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)改變的。

然后我們又按照離心泵比例定律也能夠得出，泵揚(yáng)程、排量和軸功率都會(huì)伴隨離心泵的轉(zhuǎn)數(shù)變化而發(fā)生變化的。從理論的計(jì)算上能夠看出，輸油泵的耗電量與轉(zhuǎn)速的立方是成正比例關(guān)系的，所以在降低輸油泵的轉(zhuǎn)速的時(shí)候，離心泵就能夠相應(yīng)地節(jié)省能量。假設(shè)把節(jié)流調(diào)節(jié)手動(dòng)調(diào)節(jié)改變成變頻調(diào)速器來(lái)進(jìn)行控制，那么設(shè)備的耗電量就可以按照與轉(zhuǎn)速成立方的比例下降，也就是節(jié)能效果會(huì)更加凸顯。由此可以看出變頻調(diào)速的輸送系統(tǒng)與非調(diào)速系統(tǒng)有所不一樣的是：當(dāng)流量為定值的時(shí)候，可以改變泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度來(lái)對(duì)泵的特性曲線Q-H進(jìn)行改變，這樣就可以調(diào)節(jié)流量，也就省去了非調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥的附加阻力，因此也就會(huì)降低泵的動(dòng)力消耗，而且還能夠使設(shè)備一直處在高效率區(qū)間工作，更好地使用了電能和動(dòng)力。這就是輸油泵變頻節(jié)能的原理。

2.2 離心泵變頻調(diào)速的技術(shù)措施

變頻調(diào)速系統(tǒng)在輸油機(jī)組的整體應(yīng)用過(guò)程中，雖然節(jié)省了大量能量，產(chǎn)生了非常好地經(jīng)濟(jì)效益，但是因?yàn)檩斢拖到y(tǒng)只是油田開(kāi)發(fā)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，要想實(shí)現(xiàn)更好地節(jié)省能量，要想實(shí)現(xiàn)輸油機(jī)組的連續(xù)運(yùn)行，除了對(duì)相應(yīng)的設(shè)備高要求以外，還要在技術(shù)方案上下功夫，在進(jìn)行技術(shù)方案的編制中，要充分地考慮現(xiàn)場(chǎng)工藝特點(diǎn)，使方案更有利于現(xiàn)場(chǎng)操作和調(diào)整，更具有實(shí)用性，因此在變頻器系統(tǒng)中還要應(yīng)用以下的技術(shù)措施。

一是將系統(tǒng)設(shè)置成工頻和變頻兩種手動(dòng)工作切換模式，當(dāng)變頻模式出現(xiàn)系統(tǒng)故障的時(shí)候，就可以通過(guò)手動(dòng)將工作模式切換到工頻，這樣就能夠保證輸油泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，減少修停時(shí)間。

二是在設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行的現(xiàn)場(chǎng)要設(shè)置啟動(dòng)、停止以及緊急停止按鈕等不同情況的緊急按鈕，控制室內(nèi)要對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)控，這就既方便了現(xiàn)場(chǎng)人員的操作，也使系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)隨時(shí)處于監(jiān)控狀態(tài)下。

三是系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率調(diào)節(jié)方式可以應(yīng)用開(kāi)環(huán)手動(dòng)調(diào)節(jié)，這樣的設(shè)置主要是輸油系統(tǒng)運(yùn)行的自身特點(diǎn)，因?yàn)槿绻O(shè)置為閉環(huán)系統(tǒng)，那么就會(huì)造成系統(tǒng)死機(jī)的可能性，給輸油系統(tǒng)的安全和平穩(wěn)運(yùn)行帶來(lái)隱患。而這種開(kāi)環(huán)控制模式，各單位通過(guò)一定時(shí)間的使用和模式，逐漸形成了不同工況下的人為地設(shè)定和調(diào)整變頻系統(tǒng)的參數(shù)，這樣即減少了初期建設(shè)投資，又能保障系統(tǒng)安全平穩(wěn)運(yùn)行。

四是進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)的保護(hù)參數(shù)，為了保證輸油系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，在選取輸油系統(tǒng)的時(shí)候必須要慎重，對(duì)于輸油系統(tǒng)的保護(hù)參數(shù)要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行實(shí)際設(shè)定，以免使變頻系統(tǒng)太過(guò)靈敏而使輸油泵停止工作。

3 變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用效果

（1）能按n=60f1（1--S）/P所給出的關(guān)系式，實(shí)現(xiàn)了平滑無(wú)極調(diào)速的目的，而且范圍大、精度也非常高；并還能使電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性得到保持，沒(méi)有附加轉(zhuǎn)差損耗，效率高，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)能耗低。運(yùn)用電子計(jì)算機(jī)實(shí)施過(guò)程控制，具有各種保護(hù)措施，運(yùn)行可靠，提高了控制精度和工況穩(wěn)定性。

（2）工頻和變頻互相鎖定，有效防止崗位員工誤操作。

（3）在變頻狀態(tài)下可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)與自動(dòng)調(diào)節(jié)的互相切換，由于變頻器輸出時(shí)只能拖動(dòng)一臺(tái)泵的電機(jī)，而且絕對(duì)禁止工頻電壓反送到變頻器的輸出端，所以本系統(tǒng)作了嚴(yán)格的連鎖條件限制，既方便崗位員工操作，又保證了泵機(jī)組的安全運(yùn)行。

（4）設(shè)置緊急停泵按鈕，一旦輸油泵機(jī)組出現(xiàn)異常故障，只需按下此按鈕即可立即停泵，保證泵機(jī)組的安全。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量，能根據(jù)輸油參數(shù)的不斷變化進(jìn)行調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)流量的大小，有效地抑制機(jī)泵運(yùn)行中的大馬拉小車(chē)的現(xiàn)象，減少用電設(shè)備的損耗，由于實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)節(jié)，使得日輸油量更加平穩(wěn)，易于控制工藝參數(shù)，既減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境。還能節(jié)約電能，降低設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，提高了工作效率。