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机泵变频配套技术国内应用和发展

发布时间: 2011-03-31     来源:

1.         变频器在游梁式抽油机上的应用

  游梁式抽油机使用方便、可靠、经济,是目前采油生产中的主要设备。为了减小抽油机上下冲程负荷的波动,一般都配有平衡块。抽油机电机的负荷是一周期性脉动负荷,并迭加有瞬间的冲击。抽油机电机的负荷曲线上有两个峰值,分别为抽油机上下冲程的“死点”。抽油机自由停车后再启动时,总是从死点处启动,因此抽油机电机要求启动转矩大。为了保证足够大的启动转矩,抽油机电机正常运行时负荷率很低,一般在20%左右,负荷率高的也不过30%。低负荷率运行造成功率因数低,效率低,电能浪费大。因此,在设计选配抽油机电机时,普遍的做法是令其抽取量大于实际负荷。它所带来的新题目是当抽油机排量过剩时,抽油机的运行会出现无功抽取,出现空抽或泵空状态,伴随泵空还会产生井喷、气锁等事故,而井喷、气锁又是导致钻具组、泵装置甚至地面设备损坏的主要原因。另外,由于过度的不中断运行,机械设备的损耗也相应上升,造成传统抽油机本钱高,噪音大,运行可靠性低。有效控制泵空是亟待研究的课题。抽油机是油田耗能大户,用电量约占油田总用电量的40%,其总体效率很低,据调查一般在30%左右,过剩的抽油能力令抽油机的无功抽取时间增加,造成油井开采的电费本钱居高不下,能源浪费十分严重。因此,抽油机的节能潜力非常可观。

胜利油田孤东采油厂采用了抽油机变频调速技术对稠油井实施改造,油井泵效明显进步,日均增油2.1t,节电率达30%以上,且上、下冲程速度可任意调整,减轻了工人的劳动强度。

2.         在潜油电泵上的应用

  潜油电泵采油作为一种大排量、高效率、治理方便的机械采油方式,在油田得到了广泛的应用。然而,对于复杂断块油田来说,油水井的对应连通性差,部分潜油电泵井出现供液不足,影响到潜油电泵的正常生产及井下机组运转寿命。以某油田采油厂为例,1997年以来,约有30%的电泵井由于供液不足而经常出现欠载停机现象,由于供液不足造成的躺井占总躺井数的45%,均匀检泵周期只有66d,均匀单井年维护用度增加了13.86万元。为了延长电泵井的检泵周期,保证电泵井的正常生产,引进了潜油电泵变频控制技术,通过改变供电电源的频率,控制潜油电机的转速,对泵的排量进行调节,使潜油泵的工作特性和油井的产能相匹配、电泵机组在最佳工作区内工作,达到减少机械及电气故障、延长电泵井寿命、增产及节能的效果。

3.         在石油钻机上的应用

  钻井过程分为起落井架,钻进,泥浆循环,钻具更换,下套管,测井等几大工序。主要分为绞车,转盘和泥浆泵等。绞车由滚筒、齿轮箱、离合器、制动器、电机和控制设备组成,用来起落井架,提升和下放钻杆、套管。随着井深的增加,钻具越来越长,重量迅速加大,绞车的负载也越来越大。我国目前已有7000m深的油井,其钻具近600t重。由于每钻进约9m就要提升下放钻杆1次,因此绞车作业时间也随着井深的增加而占整个作业时间的比例越来越大。为降低本钱,希看在野外或海上的作业时间越短越好,这不仅要求绞车能高速运行,平稳起停,以保证不损坏钻井设备并进步井的质量,还要求驱动设备具有良好的动态特性。假如在内线井区作业,电源可与井区电网相连,下放钻杆时电机工作在发电状态,能量可回馈电网,节能效果明显。

4.         变频器在炼油行业中的应用

  机泵是炼油厂的心脏,在炼油过程中机泵输送的物流总量约为原油加工量的40多倍,如加工量2.5Mt/a的炼油厂,每年物流的输送量高达近亿吨,所以耗电量之大是可想而知的。在炼油装置中,电动机是应用面最广、数目最多的电气设备之一,其大部分负载为机泵,而定速泵在所耗功率中,被工艺物流吸收作有用功率的仅占30%-40%,其60%-70%的电能消耗于调节阀节流控制压降和由于处理量、收率变化及设计裕量大所造成的“大马拉小车”而导致的泵出口阀压降上。机泵节能的根本题目在于如何使控制方案与实际负荷相匹配,使之在控制过程中降低阻力,进步系统效率。这就为变频调速技术提供了广阔的应用空间。实践证实,变频调速装置是企业技术改造、节能降耗的理想设备。毫无疑问,这种调速方式将成为石化企业中驱动系统的中枢。

5.         在泵类负载中的应用

  变频调速技术通过改变电动机定子电源频率来改变电动机转速,相应地改变机泵的转速和工况,使其流量与扬程适应管网介质流量的变化。

  大庆石化总厂已对装置内负载波动大,调节阀节流严重的机泵安装了65台变频器,总容量为3600kw,其中大部分是闭环控制系统,即现场一次表经变送器将信号通过屏蔽电缆送到PID调节器,调节后通地屏蔽电缆将4-20A直流信号送到变频器的设定口,控制变频器的输出;余下部分是开环控制系统,即根据控制目标通过电位器给定来控制变频器输出,以使电动机工作在符合工艺要求的转速上,完全靠变频器输出控制电动机转速来控制流量,使机泵的出口阀达到全开状态,扬程与管网阻力特性曲线相吻合,泵出口扬程大幅度下降,电动机输出有功功率也明显降低,获得最佳的节能效果。变频器的使用,使节电率达到5070%,年节电810kwh;另外,变频器的使用,不但实现了生产过程自动化,而且延长了设备了使用寿命,保证了装置安稳长满优运行,取得了较好的经济效益和社会效益。

6.         在石油气压缩机上的应用

  某炼油企业有2台石油气压缩机,单机额定功率75kW,一开一备运行方式,而在实际生产中,只需大约45kW的输出功率。压缩机在低于额定工况下运转,负载率较低,而且其风压与流量大小要靠手动阀来调节,操纵困难,也浪费大量电能。为此,采用变频调速技术进行改造,用PLC实现自动调节和各种控制功能。运行实践证实,该方案稳定可靠,经济效果明显。

7.         变频器在石化企业中的应用效果

  长岭炼油厂催化剂厂微球装置高压泵使用变频器后,输出功率由18.6kw降至7.2kw,节电61.3%,更为主要的是减少了因经常换电刷而带来的维修上和停产;九江炼油厂生活水泵供水系统中,水泵电机110kw,不同时间负载变化较大,在负载较低时管网压差较大,选用变频器组成恒压供水系统,均匀节电36%;茂名炼油厂将变频器大量的应用到生产过程中,减少因开启阀门而带来的麻烦,流量正确,减轻了工人的劳动强度,节约了大量电能。如糖醛生产线原有12台泵,天天耗电8000kwh,把其中9台采用变频调速后,耗电只有4000kwh