多年来, 油田地面系统油水泵运行一般采用变频调速技术进行控制, 由于大量变频器在电网中运行, 对整个电网造成谐波污染, 极易造成用电设备绝缘击穿、元器件损坏、仪表测量数据误差等, 对油田正常生产造成危害。目前, 永磁调速技术日趋成熟, 各行业都有大量应用, 该技术已被国家发改委列入国家重点节能设备推广技术。永磁调速设备与电网无关, 完全避免了谐波污染问题, 我们开展油水泵永磁调速技术应用情况研究, 对油水泵节能降耗多途径进行探索, 为采油一厂地面系统节能降耗提供依据。
目前油田早期建成的机泵排量与生产运行中的实际排量相差较大, 机泵的运行匹配也很难适应实际用量的季节性调整。离心泵的流量调节, 传统方法是通过调节出口阀的开度来实现, 由于出口阀节流, 离心泵运行效率较低, 能耗损失较大。近年来, 油田集输系统普遍采用变频调速技术控制机泵运行, 达到节能降耗的目的。变频技术的大量应用对油田电网造成谐波污染, 谐波对电力系统运行及用电设备产生一系列影响。鉴于目前现状, 我们探讨永磁调速技术现场应用。
永磁调速技术通过调节扭矩来实现速度控制。当导体转子旋转时, 导体转子与永磁转子产生相对运动, 交变磁场通过气隙在导体转子上产生涡流。同时, 涡流产生感应磁场与永磁转子相互作用, 从而带动永磁转子沿着与导体转子相同方向旋转, 在负载侧输出轴上产生转矩, 从而带动负载做旋转运动。负载要求扭矩小, 电机输出扭矩小, 相应输出功率也小。当永磁调速驱动装置接到一个控制信号, 如压力、流量、液位等信号传到控制器, 并对信号进行识别和转换后, 产生一个机械操作指令, 来调节导体和永磁体之间的间隙大小, 从而调节永磁调速驱动装置输出端的扭矩大小, 获得可调整、可控制、可重复的负载转速, 进而实现电机功率可控, 达到节能的目的。
对于离心泵, 当泵的转速由n1变到n2时, 其相似工况点排量Q、扬程H及轴功率P的变化关系为:
由上式可知, 离心泵排量与转速成正比, 扬程与转速的二次方成正比, 轴功率与转速的三次方成正比。转速变化后, 将引起相应排量、扬程和轴功率的变化。这是改变离心泵工况的有效途径, 即通过改变转速来实现离心泵输出功率的调节。
2012年11月在聚中七放水站3#污水泵上安装了永磁调速装置。该岗现有4台污水泵, 两用两备, 单泵额定流量280m3/h, 额定扬程80m, 电机转速2970rpm, 额定功率90KW。正常情况下, 2台污水泵额定流量为13440m3/d。2012年底, 该站实际外输污水量约为8000m3/d。永磁调速装置安装于已有泵和电机之间, 电机位置向后移动了35cm, 对原有泵基础只是进行了延伸。
由于实际排放能力小于泵的正常工作能力, 正常情况下, 通过调节泵出口阀的开度来调节泵的流量, 而污水泵依然在额定转速下运行, 这样就使一部分能源消耗在阀门上, 造成了能源浪费, 同时也加大了阀门的损耗, 阀门更换次数增多。安装永磁调速装置后, 在阀门全开的情况下, 根据污水罐液位高度自动调节污水泵的转速, 节能效果明显。
2012年11月29日, 中国石油天然气集团公司节能技术监测评价中心对聚中七放水站3#污水泵未采用永磁调速驱动器的运行功耗情况进行了现场测试, 主要测试参为准。
3#污水泵永磁调速装置投资费用18万元, 在上述运行状态下, 单耗下降0.17 k Wh/m3, 年节电为0.17×159.5×365×24=23.75×104k Wh, 节约电费15.15万元。
3#污水泵安装永磁调速装置前, 联轴器频繁损坏, 平均使用周期不到一周, 安装永磁调速装置后避免了上述问题。
2014年7月在中604转油站1#掺水泵安装永磁调速装置。该站有3台掺水泵, 为适应单井掺水量变化, 掺水泵每年6月-9月一用两备, 其余时段两用一备。单泵额定流量65 m3/h, 额定扬程200m, 电机转速2970rpm, 额定功率75kw。永磁调速装置安装在电机与泵之间, 将电机与泵联轴器拆开后, 将电机向后移动40cm以留出永磁调速装置的安装位置。对设备基础进行改造, 增加电机移动后的安装基础及永磁调速驱动器执行器安装基础。
2014年8月6日, 中国石油天然气集团公司节能技术监测评价中心对1#掺水泵未采用永磁调速驱动装置的运行功耗情况进行了现场测试。11月13日, 节能技术监测评价中心对1#掺水泵采用永磁调速驱动装置的运行功耗情况进行了现场测试, 由于冬季掺水量较大, 运行1#、2#掺水泵, 2#掺水泵工频运行, 1#掺水泵永磁调速运行, 主要测试实际参数为准。
1#掺水泵永磁调速装置投资费用17万元, 在上述运行状态下, 单耗下降0.10 k Wh/m3, 年节电为0.10×46.79×365×24=4.1×104k Wh, 节约电费2.62万元。
永磁调速技术在聚中七放水站3#污水泵应用3年, 在中604转油站1#掺水泵应用近2年, 设备运行稳定, 节能效果明显:聚中七放水站3#污水泵节电率30.08%, 中604转油站1#掺水泵节电率16.75%。
永磁调速技术适用于油田地面系统机泵不同运行工况调速要求, 对于负荷率低的机泵调速运行节电效果更好。永磁调速技术相比于变频调速技术, 不产生谐波干扰, 设备折旧年限较长, 在这两方面具有一定的优势。
摘要：油水泵采取永磁调速技术是油田地面系统优化简化工艺一种新的尝试, 新的举措。这种控制方式, 满足油田油水泵运行要求, 可在负荷率低的油水泵设备上应用, 降低生产运行成本, 节能降耗效果突出。
关键词：永磁调速,变频调速,节能降耗
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