2017-12-25
一、高壓變頻器在注水系統(tǒng)中的應(yīng)用
1、水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理
水泵工頻定速運(yùn)行時(shí)，為了保證管網(wǎng)壓力及流量，同時(shí)保證電機(jī)不過(guò)載，只能靠改變泵出口閥門來(lái)調(diào)節(jié)泵的運(yùn)行。水泵經(jīng)關(guān)閥調(diào)節(jié)后，在小流量、高揚(yáng)程的工況下運(yùn)行，泵管壓差增大，單耗增高。假設(shè)水泵原來(lái)在工況點(diǎn)B運(yùn)行時(shí)，出口閥門處于全開(kāi)狀態(tài)，出水流量為QB，揚(yáng)程為HB，如果想減少注水量，下降為QA，水泵在沒(méi)有安裝任何調(diào)整裝置的情況下，只能通過(guò)關(guān)閥調(diào)節(jié)使出水量保持在QA，那么就有QA×（HA-HB）的功損失在出口閥門上，這樣，不僅浪費(fèi)了大量電能，而且出口閥門長(zhǎng)期在水流沖擊作用下故障增多，壽命縮短。
2、設(shè)備改造及運(yùn)行情況
經(jīng)過(guò)我方多次論證，根據(jù)采油作業(yè)二區(qū)注水系統(tǒng)運(yùn)行及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，決定在某注水站1800KW注水電機(jī)上采用泰州偉創(chuàng)高壓大功率變頻器，該設(shè)備具有如下優(yōu)點(diǎn)：
全中文操作界面，彩色液晶觸摸屏；
輸入功率因數(shù)高，電流諧波少，無(wú)須功率因數(shù)補(bǔ)償/諧波抑制裝置；
輸出階梯正弦PWM波形，無(wú)須輸出濾波裝置，對(duì)電纜、電機(jī)絕緣無(wú)損害，電機(jī)諧波少，減少軸承、葉片的機(jī)械振動(dòng)，輸出線可以長(zhǎng)達(dá)1000米；
功率電路模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)簡(jiǎn)單；
高壓主回路與控制器之間為光纖連接，安全可靠；
完整的故障監(jiān)測(cè)電路、精確的故障報(bào)警保護(hù)；
內(nèi)置PLC，易于改變控制邏輯關(guān)系，適應(yīng)多變的現(xiàn)場(chǎng)需要；
可靈活選擇現(xiàn)場(chǎng)控制/遠(yuǎn)程控制；
可接受和輸出0～10V/4～20mA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；
可根據(jù)用戶需要內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器；
完整的通用變頻器參數(shù)設(shè)定功能；
高效率（>96%）
二、節(jié)能及經(jīng)濟(jì)效益分析
我們對(duì)2016年8月份、9月份沈四注水站注水泵1800KW高壓電機(jī)每天運(yùn)行的主要參數(shù)電量、注水量進(jìn)行了認(rèn)真的統(tǒng)計(jì)，并與2017年同期統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、分析，結(jié)論如下：
1、直接經(jīng)濟(jì)效益
1）注水單耗由去年同期的7.87KWh/m3降低到目前的6.33KWh/m3；
2）按年注水量為150×104m3，電價(jià)按0.46元/KWh，年運(yùn)行時(shí)間按7200小時(shí)計(jì)算，則年可節(jié)約電量為231×104KWh，節(jié)約電費(fèi)為106.26萬(wàn)元。
2、間接經(jīng)濟(jì)效益
1）在工頻50Hz電網(wǎng)直接啟動(dòng)時(shí),對(duì)電網(wǎng)和電機(jī)的機(jī)械沖擊較大,聲響很大,估算其啟動(dòng)一次的損耗為:Ws=0.5J（1+r1/r2）Tm /（Tm-TL）,離心泵負(fù)載的平方轉(zhuǎn)矩特性與異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性曲線部分相似,可以Tm/（Tm-TL）=1計(jì).而變頻軟起動(dòng)損耗很小,只有上述Ws十分之一,則每年的起動(dòng)節(jié)能也是很可觀的。
2）當(dāng)采用泰州偉創(chuàng)變頻器調(diào)速時(shí)，50Hz滿載時(shí)功率因數(shù)為接近l，工作電流比電機(jī)額定電流值要低許多,這是由于變頻裝置的內(nèi)濾波電容產(chǎn)生的改善功率因數(shù)的作用,可以為電網(wǎng)節(jié)約容量。
3）采用變頻調(diào)速后，可以避免因通過(guò)閥門控制使泵過(guò)多偏離額定工作區(qū)而引起的振動(dòng)，這種振動(dòng)嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起懸臂泵軸頭斷裂。由于啟動(dòng)緩慢及轉(zhuǎn)速的降低，相應(yīng)地延長(zhǎng)了許多零部件如密封、軸承的壽命，特別是減輕了起動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)機(jī)械損傷，有效的延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命，減少了檢修維護(hù)開(kāi)支，節(jié)約大量維護(hù)費(fèi)用。
三、總結(jié)
1、根據(jù)高壓大功率變頻器在油田注水系統(tǒng)的運(yùn)行情況以及實(shí)際節(jié)能效果來(lái)看，對(duì)注水泵采用變頻調(diào)速裝置的改造達(dá)到了預(yù)期的效果，實(shí)現(xiàn)了降低注水單耗及改善工藝的目的，由此證明該項(xiàng)目的改造是成功的。
2、通過(guò)運(yùn)行實(shí)踐我們也發(fā)現(xiàn)，本系統(tǒng)中高壓變頻器的節(jié)能效果與系統(tǒng)管網(wǎng)的壓力及沈二注水站定速泵閥門的開(kāi)度有著直接的關(guān)系，有必要逐步摸索運(yùn)行規(guī)律，尋找一個(gè)最佳的運(yùn)行工況點(diǎn)，以便充分發(fā)揮高壓變頻裝置的性能；挖掘更大的節(jié)能潛力。
3、如果將沈二注水站的定速泵改造成變速泵，二者同時(shí)進(jìn)行變速調(diào)節(jié)，則綜合節(jié)能效果會(huì)更佳。
4、通過(guò)目前運(yùn)行單耗對(duì)比分析，二年內(nèi)即可收回高壓大功率變頻系統(tǒng)改造的全部投資。
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