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高压变频器在大庆油田注水泵上的解决方案

日期：2013-03-23 来源：工控之家网作者：工控之家浏览：66 评论：0

　　一、引言

　　注水是油田开发中稳油增产的重要措施之一。它有效地补充了地层的能量，保持了地层的压力，对提高采油速度和原油采收率，确保油田高产、稳产起到了积极作用。但是，当油田进入高含水开发期后，注水技术面临着新的问题。随着含水率的不断提高，注水量迅速上升以保持油田稳产，注水耗电也随着含水量的上升而急剧增长。因此，注水系统节能成为降低生产成本的重要问题，对油田生产有着重要意义。

　　近几年，国内油田注水泵站为了节能降耗降低生产成本，已经普遍开始采用变频调速装置进行注水流量与压力的控制，在这方面也有大量的报道。油田注水系统主要由注水站、注水管网、注水井组成。注水系统效率指标的构成要素中，由于电机效率变化幅度很小，为次要因素;注水系统效率是主要因素，即主要由注水泵效率和管网效率决定注水系统的效率。两种效率之间关系密切，反映了系统注水泵与注水管网之间的匹配合理程度。当匹配合理程度较高时，系统能耗较低;反之系统能耗较高。一般情况下，离心式注水泵的高效率区域一般都在80%～100%的额定流量范围内，如果注水泵的运行流量超出此范围其运行效率将不在的效率区域内运行。对于注水系统的管网系统效率，当管网系统结构一经确定管网的阻力就确定了，其效率也就已经确定了。管网结构确定之后，注水系统的运行效率主要取决于注水井的压力与单位时间内的流量。

　　在我国，注水泵站所用的注水泵包括离心式注水泵和往复式柱塞泵两种。离心泵的出口压力低，泵的效率低，一般都在80%以下，但是流量大，适用于大流量注水泵站。往复式柱塞泵出口压力高，效率高，一般都在80%以上，但是流量小，适用于小的注水泵站。

　　一般而言,为降低系统能耗,总是遵循以下两条路线，一是通过系统运行的优化调度，二是调整注水管网系统的结构。一个油田注水管网系统的注水能力，不管如何充分利用，都是有一定限度的。当油田进入高含水开发期后，随着含水率的不断提高，为了保持油田稳产注水量迅速上升，新增注水井的数量不断增长，注水范围与注水量不断扩大，这就对注水系统的管网结构与合理布局以及注水泵站的注水能力提出了新的要求。

　　使油田注水系统原来主要依靠放溢流控制压力平衡，注水泵电动机长期运行在满负荷状态，效率比较低的情况得到根本改善，节电效果明显。同时软起动降低了设备的冲击，减少设备的故障，提高了注水泵的效率，保证了注水系统压力的稳定，消除了溢流，节约用水。

　　二、关于水泵的运行特性图解概述

　　有很多人在水泵变频运行的分析中都习惯引用水泵的比例定律：

　　流量比例定律：Q1/Q2=n1/n2

　　扬程比例定律：H1/H2=(n1/n2)2

　　轴功率比例定律：P1/P2=(n1/n2)3

　　并由此得出结论：水泵的流量与转速成正比，水泵的扬程与转速的平方成正比，水泵的输出功率与转速的3次方成正比，节能效果与水泵调速后的转速成立方关系变化。实际中却没有这样的节能效果。

　　比例定律是研究、设计泵本身的规律，它是就水泵而论水泵的定律。对于工作在管道系统中的水泵必须视具体工况分析计算，因此，水泵的节能计算不能统统照搬照抄比例定律，水泵的节能计算必须根据实际工况进行分析计算。

　　比例定律仅适用于水泵的出水口和进水口之间没有高度或压力差，即没有静扬程的情况。比如在没有落差或压力差的同一水平面上远距离输水，水泵的输出扬程(压力)仅用来克服管道的阻力，在这种情况下，当转速降到零时，扬程(压力)也降到零，流量也正好降到零，这是理想的水泵运行工况。图1中工作点A和C就完全适合这种工况，可以使用比例定律。

　　图1—理想的水泵特性曲线

　　但实际水泵运行工况不可能达到理想工况，水泵的出水口和进水口之间是有高度差或压力差的，有时还很大，如图2所示。在水泵并联运行时，水泵的出水口压力还要受到其它水泵运行压力的影响。并联运行的泵要想出水，其扬程必须大于其它水泵当时的压力。水泵出口流量并不是总管网流量，总管网流量为所有运行的水泵的流量和。由于管网总流量增大和阻力增大，因此并联运行的水泵扬程更高，工况发生变化，因此比例定律在此也不再适用。

　　三、单台水泵变频运行的图解分析

　　(1) 单台水泵变频运行，在于水泵进出口水位的高度差或压力差，也就是水泵的净扬程H0。水泵的扬程只有大于净扬程时才能出水。因此管网阻力曲线的起始点就是该净扬程的高度，见图2。