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变频调速技术在石油行业中的节能应用方案

www.cechina.cn2009.09.25阅读 14453

        l 引言
        石油化工行业是国民经济发展的基础行业, 同时也是 耗能大户, 其主要生产工艺都是通过各种泵、空气压缩 机来完成。目前,这些油泵、水泵和空气压缩机大都处 于电动机驱动恒速运转状态CONTROL ENGINEERING China版权所有,如将占绝对多数的非调速型 电机改成调速运行,使其耗电量实现随负荷大小而变化,则可 节约大量能源,将产生显著的节能效果。现代电力电子 技术、交流调速技术的发展使得交流电动机变频调速在频 率范围、动态响应、精度要求和使用效果等方面发生了 巨大的飞跃。据不完全统计,各大中型石化企业中,鼠笼式 异步电动机占整个电动机总容量的80%,因此,它为交流 调速技术在石化行业中的应用提供了广阔的发展空间。
        2 变频器在石油行业中的应用
        2.1在游

梁式抽油机上的应用
        游梁式抽油机使用方便、可靠、经济,是目前采油生 产中的主要设备。为了减小抽油机上下冲程负荷的波动,一般 都配有平衡块。抽油机电机的负荷是一周期性脉动负荷,并迭 加有瞬问的冲击。抽油机电机的负荷曲线上有两个峰值,分别 为抽油机上下冲程的“死点”。抽油机自由停车后再启动时控制工程网版权所有, 总是从死点处启动,因此抽油机电机要求启动转矩大。为了保 证足够大的启动转矩,抽油机电机正常运行时负荷率很低,一 般在20%左右CONTROL ENGINEERING China版权所有,负荷率高的也不过30%。低负荷率运行造成 功率因数低,效率低www.cechina.cn,电能浪费大。
        因此, 在设计选配抽油机电机时, 普遍的做法是令其 抽取量大于实际负荷。它所带来的新问题是当抽油机排量 过剩时, 抽油机的运行会出现无功抽取, 出现空抽或泵空 状态CONTROL ENGINEERING China版权所有,伴随泵空还会产生井喷、气锁等事故, 而井喷、气 锁又是导致钻具组、泵装置甚至地面设备损坏的主要原因。 另外,由于过度的不问断运行,机械设备的损耗也相应上 升,造成传统抽油机成本高,噪音大,运行可靠性低。有 效控制泵空是亟待研究的课题。抽油机是油田耗能大户,用 电量约占油田总用电量的40%,其总体效率很低,据调查 一般在30%左右CONTROL ENGINEERING China版权所有,过剩的抽油能力令抽油机的无功抽取时 间增加,造成油井开采的电费成本居高不下, 能源浪费十 分严重。因此,抽油机的节能潜力非常可观。
        近年来, 市场上直接针对抽油机的节电技术主要有两 大类:一是开发不同类型的抽油机节能电机, 如超高转差 率电动机、三相永磁同步电机、高启动转矩双定子结构 电机和电磁调速电机等。但由于资金投入太大, 在许多油田用节能电机取代普通异步电机尚无法全面推广。二是 使用节能配电箱, 其中包括定子绕组Y一△转换调压和电 容器动态无功补偿及静态无功补偿等。采用改变定子绕组 的接法可以改变电机电压, 但电机只能得到固定电压,节 电效果并不理想。虽然有些装置采用双向晶闸管实现定子 电压随负载变化连续调节, 节电效果较好, 但是电源电 流波形发生畸变, 电网谐波污染严重, 不宜大面积长期 使用。而采用变频调速控制, 则可以改变抽油机长期处 于低效做功的状态CONTROL ENGINEERING China版权所有, 使其工作方式与油井实际负荷相匹 配,保证每次都抽油, 减少低效甚至无效抽取, 从而降 低电费开支, 减少维护成本, 提高运行效率。
        胜利油田孤东采油厂采用了抽油机变频调速技术对稠 油井实施改造, 油井泵效显著提高, 日均增油2.1 t, 节 电率达3 0% 以上,且上、下冲程速度可任意调整, 减轻 了工人的劳动强度。其经济效益通过对1 5 VI井的跟踪, 用加权平均法计算出单井年效益如下:
        (1)增产及减少电耗费用增产,50.4万元,节电0.61 万元, 合计,5 1.0 1万元。
        (2)投资设备及土建安装费等共计9.43万元。
        (3)设备维护及折旧费1.36万元
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