注水系统效率影响因素及降低能耗的措施

注水系统效率影响因素及降低能耗的措施

摘 要：分析了注水系统用电能耗影响因素，确定了影响注水系统效率的主要原因和控制措施。应用表明，利用注水泵性能曲线特点，强化注水泵管理，即将流量、扬程参数控制在高效区域内，加强注水泵的维修保养、选用高效注水泵，应用改进技术，降低泵管压差，有利于提高泵效，其节能挖潜效果较大。

关键词：注水系统 效率 因素 降低能耗 措施

1 注水系统用电能耗

油田内部的注水系统包括从注水站输送到配水站的泵管系统。注水系统效率的高低反映了企业用能水平的高低。注水系统效率越高，则系统所需要的用电能耗越低，即耗能越少。

1.1理论分析

注水系统效率公式：

η系=，（1）；P1=，（2）；

PS=，（3）

式中：η系—注水系统效率，%；P1—注水系统必需的动力能耗，Kw；PS—系统消耗的总动力能耗，Kw；H1—注水系统必需的扬程，m；Q1—注水系统必需的流量，m3/h；HS—注水泵出口的扬程，m；QS—注水泵出口的流量，m3/h；ρ—输送介质的密度，Kg/m3；η泵—注水泵的效率，%；η机—注水电动机的效率，%；

公式表明，注水系统效率越高，则系统的用电能耗越低。而影响注水系统效率的因素有四方面：注水泵的效率；注水电动机的效率；注水泵出口至注水管线起点之间的压力损失，即泵管压差（△H=HS-H1）；注水泵出口至注水管线起点之间的流量损失，即回流量和漏失量（△Q=QS-Q1）。

1.2影响因素

（1）电动机效率。由于目前油田注水系统在用的电动机效率一般在95%～99%之间，效率都比较高，电动机效率进一步提高已没有太大的空间。因此，电动机效率是影响注水系统效率的次要因素。

（2）流量损失。由于油田注水系统在工艺设计上未采用回流调节；再加上注水泵出口至注水管线起点之间的漏失量很少，即：△Q=QS-Q1=0。因此，注水泵出口至注水管线起点之间的流量损失也是影响注水系统效率的次要因素。

（3）注水泵效率。统计某油田在用的注水泵的平均运行效率仅为72.6%，注水泵效率的进一步提高有很大潜力。因此，注水泵的效率是影响注水系统效率的主要因素。

（4）注水泵管压差。在实际注水生产过程中，注水系统输量变化大、泵管压差大，它是造成注水系统用电能耗过高的一个主要问题。因此，注水泵管压差是影响注水系统效率的主要因素。

2 降低能耗的措施

2.1注水泵管理与引进技术

（1）合理控制注水泵运行参数。由离心泵性能曲线分析可知，要想使注水泵经济高效运行，必须将注水泵的流量、扬程参数控制在高效区域内。因此，在日常注水生产中，要求操作人员熟知所操作的离心泵的性能和实际注水生产参数，来合理控制和平稳操作，将注水泵运行参数始终控制在高效区域内，即可确保注水泵在经济高效状态下运行。

（2）加强泵机组维护保养。油田注水泵多为多级分段式离心泵，由离心泵的工作原理可知，泵经过长期运转后，其内部结构的转动部件与定子部件由于磨损及受介质的影响，密封环及级间密封的严密性下降，漏失量增加，容积损失增大，容积效率降低；因此，必须加强注水泵的维修保养，及时更换磨损严重的密封及过流部件，打光叶轮及导翼流道，降低注水泵的各种损失，提高注水泵效率。

（3）选用高效注水泵。随着技术的不断进步，国内一些水泵生产厂家相继吸收和引进了发达国家的先进技术，研制开发了一系列新型高效注水泵，由于新型高效注水泵的效率较旧型号注水泵的效率高5%～10%，节能效果显著。因此，从设备维修成本和能耗成本来讲，应淘汰泵效较低的高耗能注水泵，采用新型系列的高效注水泵。

2.2技术改进与降低泵管压差

（1）切削叶轮。由离心泵的切割定律可知，在保持注水泵转速不变的情况下，当叶轮直径由D变为D、时，其流量、扬程和轴功率将按（4）、（5）、（6）规律变化：

式中：D、D、—叶轮切削前、后的直径；H、H、—叶轮切削前、后的扬程；N、N、—叶轮切削前、后的轴功率。

公式表明，流量与叶轮的直径成正比；扬程与叶轮的直径平方成正比；轴功率与叶轮的直径立方成正比。否则，造成该级叶轮与导翼之间的间隙过大，产生很大的泄漏量，进而导致泵效大大降低；同时，在计算值的基础上留有一定的余量，保证泵管压差在工艺规定的最低值。

（2）注水泵叶轮减级。如果注水系统的泵管压差大于单级叶轮所提供的扬程时，可考虑采用注水泵减级或减级与切削相配合的措施来降低泵管压差，使之符合生产工艺要求，提高注水系统效率。在实施注水泵减级措施时，原则上应拆除最后一级叶轮，否则，就会影响注水泵的吸入性能，导致注水泵效率降低，不利于注水系统效率的提高。

（3）安装变频调速器。油田在用注水泵均为多级分段式离心泵，由离心泵的比例定律可知，在出口阀门开度和注水管线不变的条件下，当注水泵的转数由n1降为n2时，其流量、扬程和轴功率将按（7）、（8）、（9）规律变化：

式中：Q1、Q2—转数改变前、后的流量；H1、H2—转数改变前、后的扬程；N1、N2—转数改变前、后的轴功率。

公式表明，泵的转数降低后流量随之相应降低，而扬程降低更大，轴功率降低最大。即通过改变泵的转数，可实现对注水泵性能参数的调节，进而降低泵管压差，提高注水系统效率，降低注水用电能耗。

由于注水泵是靠三相鼠笼式异步电动机来拖动的，其转数随电动机转数的变化而变化，由电动机的工作原理可知，在电动机结构不变的情况下，转差率和磁极对数不变，要想改变电动机的转数，只有改变电动机电源频率。闭环控制（即与自控仪表配合使用）时，节电效果可达40～50%，并且具有自保护和适应性强、使用周期长、操作简单、安全可靠等优点，目前非常适合油田注水站等注水泵的流量调节上，即解决由于输量变化大造成节流损耗的有效措施，也是解决现有装机容量过大、运行效率低、能耗高、启停频繁注水机组的有效措施，并且采用变频器调节比更换机泵将大大减少投资。

3 结束语

降低注水单耗的措施，主要采取在做好泵机组维护保养的同时，合理控制注水泵的运行参数。在注水生产过程中，必须根据实际注水工艺要求和具体情况，合理选择节能方法，必将对提高注水系统效率，降低注水用电能耗起到一定的指导作用。提高注水系统效率，降低注水系统用电能耗，是注水系统节能降耗的目的，也是企业实现可持续发展的需要。

参考文献：

1.罗英俊，万仁溥.采油技术手册[M].北京：石油工业出版社，2005.