输油泵机组高压变频调速节能技术探究

钱治平

中国石化管道储运公司湖北荆州433304

摘要：我国是能源生产和消费大国,但是能源资源的人伦拥有低，地域分布不均匀，开采难度很大，导致我国的能源现在处于紧缺的状态，也严重的影响了我们的生活，节能减排已经成为我国能源可持续发展的重要出路。在油田储运系统中由于外输油量减少,泵管压差增大,在变工况运行条件下电机转速不可调整,造成输油泵机组利用率低,耗能大。但是由于原油外输系统的特殊状况,不可能仅仅通过更换外输泵或配套电机来实现泵管之间的特性匹配。本文就以英威腾GD5000变频器在大庆油田输油泵上的应用为指导，阐述本文核心内容。

关键词：输油泵机组高压变频节能技术油田

引言：大庆油田为中国产油量最多规模最大的油田，始终坚持科技自主创新、持续创新，大力实施科技兴企战略，奉行“奉献能源，创造和谐”的企业宗旨。为响应国家节能减排政策，大庆油田提出对东油库的四台高压输油泵进行变频改造。

此次采用高压变频器的油库隶属于第一采油厂，该厂是与大庆油田同期开发的采油厂，是全国最大的采油厂，是全国第一个实现累计生产原油5亿吨的采油厂，是科技成果丰厚的采油厂，是大庆精神重要发源地、文化底蕴深厚的采油厂。

该采油厂最主要的耗能设备就是油库生产运行中的输油泵。由于输油泵的特性和管路特性不完全匹配，往往在实际运行中，经常需要根据运行工况控制输油泵出口阀门的开度来调节流量，以满足生产工艺的需要。这种流量调节方式在输油泵出口阀门前后产生较大的泵管压差，大量的能源消耗在泵出口阀前后，造成能源的浪费。

第一采油厂东油库配置有2台6kV315kW和2台6kV280kW的输油泵，最终使用两套深圳市英威腾电气股份有限公司研发生产的GD5000系列高压变频调速系统，采用一拖二的方式通过调节输油泵的转速来满足不同的使用工况，消除由于输油泵管压差而产生的节流损失，降低了输油单耗，节约了电能，改善了工艺。

一、现场设备及运行工况分析

石油石化行业，大量使用输油泵，输油泵并非长时间满负荷运行，存在一定的节能空间。随着大功率电力电子器件的使用，单元串联多电平的交流变频调速技术越来越成熟，并成功地应用在油田输油泵驱动系统。

1.现场设备参数

该油库主要接收油田两大主力采油厂——采油一厂、采油二厂来油，装备有6台输油泵机组。采用变频改造的输油泵机组主要技术参数见表1。

2.现场设备工况

由于输油泵和输油管道的特性不匹配（在泵选型过程，不可能选择到完全与管路特性匹配的输油泵），在不同的实际运行工况下，需通过调节输油泵出口阀门来调节流量，据统计4台输油泵在双泵并联运行时，输油泵阀门出口最大开度不超过30%。这种运行工况造成在输油泵出口阀门的前后存在着较大的泵管压差，由于泵出口阀门的节流造成了大量的能源损失，输油泵做了大量的无用功，缩短了输油泵机组的维护周期和使用寿命。

3.现场存在问题：

1)采用输油泵定速运行，阀门调整节流损失大、出口压力高、管损严重、系统效率低，造成能源的浪费。

2)当流量降低阀位开度减小时，调整阀前后压差增加工作安全特性变坏，压力损失严重，造成能耗增加。

3)长期的30%左右的低阀门开度，加速阀体自身磨损，导致阀门控制特性变差。

4)管网压力过高威胁系统设备密封性能，严重时导致阀门泄漏，不能关严等情况发生。

5)设备使用寿命短、日常维护量大，维修成本高，造成各种资源的极大浪费。

4.运行特性分析

由于输油泵系统为两台同时运行有备用泵，据此，就输油泵系统采用“一工一变”还是“两变”的运行模式进行理论分析、探讨。

二、变频器配置方案

一次主回路方案

本项目GD5000系列变频器配置的旁路系统采用一拖二手动方案，变频与工频能够手动切换。变频调速系统由用户开关、手动旁路柜、高压变频器、高压电机组成。手动旁路柜是由真空高压隔离开关组成。手动旁路柜严格按照“五防”联锁要求设计，完全能够保证变频调速系统安全运行。

1）旁路柜内QS1—QS6均采用高压刀闸。

2）高压变频器与上级高压开关柜控制联系：

a.“变频合闸允许”——常开接点该点串入上级高压开关柜的合闸回路，当高压变频器控制电源已送，所有柜门均已关闭，高压变频器本身无故障。此时该接点处于闭合状态，高压开关柜内的高压断路器可以闭合。否则高压断路器不能闭合。

b.“分闸”——常开接点该点并入上级高压开关柜的分闸回路，当高压变频器发生重故障时，接点处于闭合状态，跳开上级高压断路器，避免事故扩大。

其一次系统如图5所示：

3）工作形式：

a．1#输油泵变频运行：闭合QS1、QS2，合上级断路器QF1，送高压电，启动变频器，带动1#输油泵变频运行。此时2#输油泵可工频旁路运行；

b．2#输油泵变频运行：闭合QS5、QS6，合上级断路器QF2，送高压电，启动变频器，带动2#输油泵变频运行。此时1#输油泵可工频旁路运行；

c．1#输油泵与2#输油泵可同时旁路运行。

三、GD5000系列高压变频器特性

1.技术新颖

串联多重化叠加技术的应用实现了真正意义的高-高电力变换，无需降压升压变换，降低了装置的损耗，提高了可靠性，解决了高压电力变换的困难。串联多重化叠加技术的应用还为实现纯正弦波、消除电网谐波污染开辟了崭新的途径。

在变频并联运行工况下，1、6#输油泵变频调速运行，可以产生明显的节电效益，据历年运行数据统计，据此可计算若输油泵机组在全年运行状况下，与未实施变频调速前相比，综合节电率为26%，若按每年运行330天计算，1#泵年可节电约330×（5626-4214）=46.6万kWh，按6kV工业电价0.465元/kWh计，年可产生节电效益21.7万元，两年可基本回收项目投资。

结语

通过对大庆油田第一采油厂东油库四台输油泵通过变频器改造分析的全面研究，英威腾GD5000系列变频器在输油泵的应用达到了节能的目的，提高了全厂的自动化控制水平，改善了电机运行性能和启动特性，取得了良好的直接节能收益和综合效益。

参考文献

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