淺析石油管道中變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

近年來，變頻調(diào)速技術(shù)憑借著性能安全、節(jié)能顯著等特點(diǎn)，在油田企業(yè)中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。文章簡要介紹了變頻調(diào)速技術(shù)的基本工作原理，介紹了輸油泵變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn)，以實例對比分析了該技術(shù)的應(yīng)用效果。

在輸油站的建設(shè)過程中，其規(guī)模的設(shè)計是以10年預(yù)測的最大產(chǎn)液量來進(jìn)行設(shè)計的。因此，在投產(chǎn)的初期和中期，其輸送量基本上無法滿足設(shè)計的要求，為了保證能夠正常平穩(wěn)地進(jìn)行生產(chǎn)，通常會通過使用調(diào)節(jié)泵出口閥門來進(jìn)行控制，但是因此而產(chǎn)生的泵管壓差會比較大，一般會損失掉能量的30%- 40%。通過采用變頻調(diào)速技術(shù)，則可以有效地解決上述能耗問題，可以起到節(jié)能和提高工作效率的作用，同時，變頻調(diào)速技術(shù)還可以大大減輕人工操作的負(fù)擔(dān)和強(qiáng)度，并延長油田設(shè)施的使用壽命。

一、變頻調(diào)速技術(shù)的工作原理

以日本富士公司所生產(chǎn)的變頻器為例，變頻器主要是通過高壓大容量電容和整流模塊將工頻電源轉(zhuǎn)換為直流電，直流電又被大功率晶體管轉(zhuǎn)換為頻率可隨意調(diào)節(jié)的交流電進(jìn)行輸出。在三相交流異步電動機(jī)中，如果在轉(zhuǎn)差率S保持穩(wěn)定的情況下，電源頻率f1是與軸轉(zhuǎn)速N2成正比關(guān)系的，其關(guān)系可以表示為：

N2=60f1/P(1—S)=N1-△N

變頻器通過對頻率f1進(jìn)行調(diào)節(jié)，使電動機(jī)磁場轉(zhuǎn)速N1發(fā)生改變，導(dǎo)致軸功率N2 也發(fā)生改變，最終實現(xiàn)調(diào)速的目的。

因此，變頻調(diào)速技術(shù)的基本工作原理就是，信號變送器和液位控制器對緩沖罐里的液位信息進(jìn)行接收和比較后，將信息發(fā)送給變頻器，變頻器在對這些信息數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的處理后，進(jìn)而對輸出端三相交流電的頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生改變，最終實現(xiàn)對輸油泵排量進(jìn)行控制，保證系統(tǒng)正常平穩(wěn)生產(chǎn)的目的。

二、變頻調(diào)速技術(shù)在輸油泵機(jī)組中的應(yīng)用

變頻調(diào)速技術(shù)在輸油泵機(jī)組中的應(yīng)用，是通過對輸入電動機(jī)的電源頻率進(jìn)行改變，從而實現(xiàn)改變電動機(jī)組轉(zhuǎn)速的一項節(jié)能技術(shù)。其具有以下幾個特點(diǎn)。

1.當(dāng)變頻器連接到輸油泵機(jī)組后，電動機(jī)的動力會與轉(zhuǎn)速的三次方形成正比關(guān)系，如果將電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，則其耗電量將以三次方的關(guān)系發(fā)生減少。假設(shè)當(dāng)泵機(jī)的轉(zhuǎn)速下降為20%時，那么，節(jié)能即為( 1- 20%)3=51.2 % ，可以節(jié)能一般以上。所以，如果在輸油機(jī)組的運(yùn)行轉(zhuǎn)速不需要一定為額定轉(zhuǎn)速時，就可以通過使用變頻調(diào)速技術(shù)實現(xiàn)對電能的節(jié)省。通過采用這項技術(shù)，還可以有效減少水擊壓力，可以對輸油管線內(nèi)壓力狀況進(jìn)行隨機(jī)控制，起到延長管線設(shè)備使用壽命的作用。

2.當(dāng)變頻器處于低頻時，電動機(jī)則會產(chǎn)生比較高的啟動轉(zhuǎn)矩，其啟動轉(zhuǎn)矩最高時可以達(dá)到額定啟動轉(zhuǎn)矩的150%，而其啟動電流則是額定電流的1~ 1.2 倍，而使用普通的交流電機(jī)所需要的啟動電流是額定電流的4~7倍，相比較而言，變頻調(diào)速對電網(wǎng)的沖擊會小得多。同樣，該技術(shù)的啟動損耗是直接啟動時損耗的1%，不會使電動機(jī)組發(fā)生過熱現(xiàn)象。此外，使用該技術(shù)，可以有效降低電機(jī)的制動損耗。

3.在大落差或者是一泵輸多罐的輸油系統(tǒng)中，通過使用變頻調(diào)速技術(shù)，可以對輸油系統(tǒng)內(nèi)的壓力和流量狀況進(jìn)行實時調(diào)節(jié)和補(bǔ)償，與傳統(tǒng)的回流控制技術(shù)相比，使用該技術(shù)不僅降低了能耗，而避免了由于能量損耗引起的管路水擊現(xiàn)象。

三、變頻調(diào)速技術(shù)效果分析

在采油廠的聯(lián)合站和中轉(zhuǎn)站的輸油泵上安裝變頻調(diào)速裝置，通過對安裝前后的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和對比，可知：在安裝變頻器前，泵的出口壓力為1.16MPa，管線的壓力為0.74MPa，可以看出，其處于節(jié)流狀態(tài)。其管網(wǎng)效率為 63.2%，輸液用電單耗為0.428kW·h/m3，系統(tǒng)效率為41.8%。而在安裝了變頻器后，泵的出口壓力為0.51MPa，管線壓力為0.45MPa，看不出有節(jié)流現(xiàn)場存在。管網(wǎng)效率為0.193 kW·h/m3，輸液用電單耗降低了0.224kW/h，系統(tǒng)的效率為58.5%，提高了16.7%。通過數(shù)據(jù)對比，可以發(fā)現(xiàn)在采用了變頻調(diào)速技術(shù)后，設(shè)備運(yùn)行的工況得到了非常明顯的改善。但是，上述測試情況并不代表所有的輸油泵在安裝了變頻器后都會產(chǎn)生相同的節(jié)能效果，其節(jié)能效果與泵的負(fù)荷率存在關(guān)系，即，當(dāng)負(fù)荷率較低、波動較大時，其節(jié)能效果比較好。

使用變頻調(diào)速技術(shù)還可以對輸油泵的運(yùn)行方式進(jìn)行改變。比如，某中轉(zhuǎn)站有三臺輸油泵，其額定功率都為2424m3/d，但是，該中轉(zhuǎn)站在工作中需要的實際排量為2900~3200m3/d。在這種情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)一臺輸油泵將輸不完，運(yùn)轉(zhuǎn)兩臺又不夠輸，導(dǎo)致輸油泵長期低效運(yùn)行。在安裝了變頻器后，就可以將一臺輸油泵長期運(yùn)行，將另一臺輸油泵作為補(bǔ)充使用，自動根據(jù)負(fù)荷的變化而做出調(diào)節(jié)。但是，在安裝變頻器后發(fā)現(xiàn)，泵效比原先降低。經(jīng)過分析，可能有兩種原因，一種是由于無閥門節(jié)流泵的進(jìn)出口壓差變小，采用原方法對泵效進(jìn)行計算時，結(jié)果數(shù)值會變小;另一種原因可能是由于負(fù)荷率發(fā)生降低，在節(jié)流消除后，導(dǎo)致輸油泵處于低效區(qū)運(yùn)行。針對這一問題，以后可以適當(dāng)放寬調(diào)速運(yùn)行的泵效考核指標(biāo)。此外，通過變頻器的軟啟動和無極調(diào)速作用，可以大大降低對電網(wǎng)的沖擊，使電器裝置的使用壽命得到延長。

四、使用變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)注意的問題

在生產(chǎn)波動比較大的輸油系統(tǒng)中使用變頻調(diào)速技術(shù)，可以使輸油泵的運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)合理，有效提高輸油系統(tǒng)的效率，因此在這種輸油系統(tǒng)中使用變頻調(diào)速技術(shù)不僅降低能耗，也有利于生產(chǎn)的安全與穩(wěn)定。但是，對于工況相對穩(wěn)定、負(fù)荷率比較低的系統(tǒng)，不必一定安裝變頻調(diào)速裝置，可以通過使用車削葉輪和拆級運(yùn)行等方式對系統(tǒng)進(jìn)行改造。還要注意，如果系統(tǒng)的負(fù)荷率長期高于95%，此時，變頻調(diào)速技術(shù)將很無法發(fā)揮出其效果，甚至?xí)a(chǎn)生更多的能耗，而且，滿負(fù)荷的工作會加快變頻器部件的老化速度，因此在這種情況下應(yīng)當(dāng)退出變頻調(diào)速裝置。此外，在進(jìn)行變頻調(diào)速技術(shù)推廣時，一定要做好效果預(yù)測工作，配置好生產(chǎn)參數(shù)，因為同一套變頻調(diào)速裝置在不同的系統(tǒng)中產(chǎn)生的效果差異會很大。