前置增壓泵變頻控制系統在注水泵運行中的故障分析

張成（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

注水泵是滿足油田注水、保證地層壓力的源設備，為了保證較長時期內滿足油田注水需要，在設計上注水泵的容量選型一般都較大。在實際生產中，特別是在高壓注水系統中，注水泵泵壓與管壓之間存在較大的壓差，必須靠控制出口閥門來保證注水管網的注水壓力，這樣既造成大量的電能被白白地消耗掉，同時又由于泵壓較高對機泵的運行也十分不利。如何解決這個問題一直以來是研究的主要對象，2008年6月對1#注水泵進行了前置變頻裝置系統改造，達到了節能降耗的目的。運行一段時間后，由于各方面原因達不到預期效果，于2011年6月拆除恢復原來運行狀態。

1 注水泵存在的問題

在油田生產上，由于各種因素的影響注水量波動，引起注水系統運行工況的變化，因不能及時調整相應生產參數，以致于注水泵運行過程中的流量出現過大或相對過小的現象，耗費了大量的電能，對機泵也造成很大的損害。

1.1 流量調解

未安裝前置變頻裝置系統時，當注水液量突然增加，就需要手動開大注水泵出口閥門調解注水量，調解不及時就會造成管壓降低，有時注水泵開到最大流量，超負荷運轉，損害了設備，影響油田正常注水。

1.2 壓力調解

注水泵泵壓和管壓是隨著注水量的變化而變化的，注水泵運行中最高壓力15.9 MPa，最低壓力13.9 MPa，注水量少壓力就高，反之則壓力降低。有時為了提高注水壓力就要控制注水泵的流量，這樣做的同時，注水流量又得不到保證，所以生產實際中很多時候是注水泵流量開到最大，由注水間根據注水井的需要自行調節。長期如此運行增加了注水泵的磨損，降低了注水泵的使用壽命。

1.3 注水泵耗電量大，增加了原油生產的成本

由于注水泵長期處于超負荷運轉，注水耗電量自然很大，由于設備生產參數得不到合理的調節，白白消耗了大量的電能，增加了原油生產的成本，同時對高壓機泵的運行也十分不利，見表1。

表1 改造前注水系統綜合數據

2 改造后存在的問題

在保證油田配注要求的前提下，結合生產實際，對葡一聯合站注水站1#注水泵進行優化減級并應用加裝前置泵變頻技術，使其能耗降到最低，達到節能降耗的目的。經過一段時間的運行，發現前置變頻系統裝置存在很多問題，雖然達到了節能降耗的目的，但影響了正常生產。

2.1 增壓泵流量滿足不了注水泵的需要

減級的1#注水泵的型號為D300-150×10A，流量300 m3/h，功率2240 kW，揚程1580 m。經過減級后只是揚程發生了變化，流量不變，所選用的增壓泵型號為PCP-T-BC，流量300 m3/h，功率200 kW，揚程150 m。兩臺泵的流量相同，在實際生產運行中，機泵不可能超負荷運行，短時間內可以，長時間就會損壞設備。由于前置增壓泵采用變頻控制系統，當頻率為最高50 Hz 時輸出的流量還能滿足注水泵的工作需要，當頻率低于45 Hz 以下時，輸出的流量就無法滿足注水泵的工作需要。

2.2 有效功率損耗過大

前置增壓泵在運行過程中，當流量達到300 m3/h時，泵壓和效率還能達到正常值，當流量低于這個值的時候，流量減少，泵壓下降。根據前置增壓泵在運行過程中的各項參數和特性曲線可以看出，前置增壓泵變頻控制系統所產生的有效功率損耗過大，機泵達不到最佳工況點。

2.3 保護裝置保護過于頻繁

在生產中為了更好地保護設備，防止突發事故造成設備損壞，每臺運行機泵都裝有自動保護裝置，前置變頻系統也同樣裝有保護裝置。由于用于高壓注水系統生產的時間短以及選用的變頻系統和注水泵不匹配，保護裝置參數設置不合理，運行中出現波動，保護裝置就會自動停泵，并且頻率過于頻繁，增加了操作人員的啟泵次數和勞動強度。

2.4 節能效果差，注水單耗過高

從表2可以看出前置增壓變頻控制系統剛運行時，是有一定的節能降耗作用的。

表2 改造后注水系統綜合數據

前置增壓泵變頻系統運行到后期，由于增壓泵超負荷運行，機泵出現了各種問題。如泵軸斷裂、機械密封漏失嚴重等，都嚴重影響了注水泵的運行，達不到節能要求。注水耗電量也恢復到原先的水平45 000 kWh/d 左右，注水單耗為5.8 kWh/m3左右，達不到節能降耗的目的。

3 變頻控制系統的改進措施

目前，大慶油田注水系統多數是采用前置增壓泵變頻控制系統裝置，注水泵進行優化減一級后與前置增壓泵變頻控制系統配合，使注水泵的進口壓力達到0.8 MPa 左右，達到平衡注水泵壓力的目的。我們在選用前置泵時，要根據生產實際情況使之與注水泵各項參數相匹配，同時在選擇前置增壓泵流量上要比注水泵的流量大100 m3/h，這樣當變頻器處于45 Hz 以下生產調解時，增壓泵同樣能達到注水泵流量的需求，實現真正意義上的變頻調速，減少設備的損壞，延長設備的使用壽命。大慶油田采油四廠注水站已經采取了這種措施，并且運行后節能效果比較好。

4 結語

綜合上述的各項數據和設備的優越性可以看出，注水泵安裝前置增壓泵變頻控制系統空間還是很大的，當注水泵的各項參數與前置增壓泵變頻控制系統相匹配后，延長了泵的使用壽命，減少了機泵的維修費用，實現了一次性投入長期收益，達到節能降耗的目的，同時也減輕了員工的勞動強度。