通過變頻節(jié)能改造可對石油系統(tǒng)的主要耗能設備：循環(huán)系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、井架、提升系統(tǒng)。我們下面以油田注水系統(tǒng)，進行簡單介紹：

一、引言

通過注水井向油層注水，是保證油層壓力，提油藏采油速度和采收率而被廣泛采用的一項重要開發(fā)措施。在油田注水工程中，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(nèi)滿足油田注水需要，在設計上注水泵的容量選型一般都較，同時在實際生產(chǎn)中，日注水量又總是一個波動較的參數(shù)。別是在壓注水系統(tǒng)中，馬拉小車的現(xiàn)象比較普遍，注水泵泵壓與注水管線干壓之間存在較的壓差，必須靠控制出口閥門來保證注水管網(wǎng)的注水壓力，這樣既造成量的電能被白白的消耗掉，同時又由于泵壓較對機泵的運行也十分不利。變頻裝置依據(jù)注水管網(wǎng)需要的壓力進行參數(shù)設定，自動調(diào)節(jié)注水量，既節(jié)約量的電能又降了機泵的損耗，對降油田生產(chǎn)運行成本有著十分積的意義。

二、油田注水工藝概況

沈陽油田現(xiàn)有注水站5座，共安裝壓注水泵16臺，總裝機容量23400KW，目前正常運行4-5臺注水泵，運行容量7900KW。為適應注水量的變化，實現(xiàn)合理注水，需不斷調(diào)整注水泵的運行方式。在沒有調(diào)速措施的情況下，只能通過開泵臺數(shù)或人工調(diào)節(jié)閥門來控制流量，必然造成注水系統(tǒng)能耗增。以采油作業(yè)二區(qū)為例進行分析：

采油作業(yè)二區(qū)的注水任務主要由沈二注水站與沈四注水站聯(lián)網(wǎng)運行共同承擔，聯(lián)網(wǎng)主干管線約8公里，總注水量在8200至9700方/日變動，波動幅度+15%、-20%。該管網(wǎng)中正常啟運兩臺1800KW壓注水泵，注水排量分別為250m3/h(沈二注水站)和200m3/h(沈四注水站)，管網(wǎng)平均干壓為16.9MPa，泵壓為18.9MPa，存在2Mpa的壓差，注水量晝夜變化比較，原設備又只能定速運行，所以只能靠調(diào)節(jié)閥門的開度來調(diào)節(jié)注水量的小，人為地改變了管網(wǎng)的阻力，增加了管網(wǎng)損耗，造成相當?shù)囊徊糠掷速M在閥門上，致使注水單耗居不下，不但不能夠經(jīng)濟運行，而且增加了工人的工作量，調(diào)節(jié)不及時還會造成管網(wǎng)壓力過或過，流量過或過小，影響生產(chǎn)工藝及設備的安全運行，由此看來，如果給注水泵機組加裝變頻調(diào)速裝置，泵管壓差造成的損失就可以減小，甚至可能被。同時在變頻調(diào)速裝置的參與下，通過化仿真，根據(jù)原則運行注水泵和調(diào)整注水管網(wǎng)的流量和壓力，盡可能減少配水間及井口節(jié)流損失，從而使整個注水系統(tǒng)在區(qū)運行，達到節(jié)能地目的。

三、注水系統(tǒng)進行壓變頻改造方案

1、水泵調(diào)速運行的節(jié)能原理

水泵工頻定速運行時，為了保證管網(wǎng)壓力及流量，同時保證電機不過載，只能靠改變泵出口閥門來調(diào)節(jié)泵的運行。水泵經(jīng)關閥調(diào)節(jié)，在小流量、揚程(與原工況相對比)的工況下運行，泵管壓差增，單耗增。如圖一所示。假設水泵原來在工況點B運行時，出口閥門處于全開狀態(tài)，出水流量為QB，揚程為HB，如果想減少注水量，下降為QA，水泵在沒有安裝任何調(diào)整裝置的情況下，只能通過關閥調(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，不僅浪費了量電能，而且出口閥門長期在水流沖擊作用下故障增多，壽命縮短。

如圖二所示為泵的典型的工作曲線，AB是泵的性能曲線，與額定系統(tǒng)壓力曲線QB相匹配，在B點可以得到額定壓力下的額定流量，在該點泵有的效率，關閉閥門可控制流量，當流量減小時，泵分別工作在P、Q、R、S點，此時泵需要在很的壓差下工作，因此泵的的輸出比實際系統(tǒng)需要多得多，多余的在閥上表現(xiàn)為熱量損耗，并被液體流動時帶走。用泵的輸出除以泵的效率，可以求得對泵的總輸入。用調(diào)節(jié)閥控制減小流量，損失相當。利用變頻器調(diào)速，使電動機驅(qū)動泵在可變速情況下工作，要使得泵的性曲線與系統(tǒng)在任何流量條件下的需要相匹配，流量與電機轉速成正比，產(chǎn)生的壓差與速度的平方成正比，因此可得一組性曲線，如圖三所示，無級變頻調(diào)速可得到AB～CD無數(shù)條水泵性曲線，管路性曲線與ABDC形成的陰影帶任何一個交點，都可作為工況點與外網(wǎng)水量變化相適應，在較小的揚程下達到P、Q、R、S點所對應的流量，而且只損失很少的，其節(jié)能相當可觀。

2、設備改造及運行情況

經(jīng)過我方多次論證，根據(jù)采油作業(yè)二區(qū)注水系統(tǒng)運行及現(xiàn)場實際情況，決定在沈四注水站1800KW注水電機上采用利德華福公司生產(chǎn)的HARSVERT-A06/220壓功率變頻器，該設備有如下點：

全中文WINDOWS操作界面，彩色液晶觸摸屏;

輸入功率因數(shù)，電流諧波少，無須功率因數(shù)補償/諧波抑制裝置;

輸出階梯正弦PWM波形，無須輸出濾波裝置，對電纜、電機絕緣無損害，電機諧波少，減少軸承、葉片的機械振動，輸出線可以長達1000米;

功率電路模塊化設計，維護簡單;

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)測電路、的故障報警保護;

內(nèi)置PLC，易于改變控制邏輯關系，適應多變的現(xiàn)場需要;

可靈活選擇現(xiàn)場控制/遠程控制;

可接受和輸出0～10V/4～20mA工業(yè)標準信號;

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)設定功能;

率(>96%)

A06/220壓變頻調(diào)速裝置各種保護功能齊全，備直流母線過欠壓，功率單元驅(qū)動故障，變壓器溫度報警及UPS掉電，柜門非法打開等輕重故障報警，尤其備流量及壓力上下限報警功能，可以有效避免流量過時水泵發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，保證的設備的安全運行。利用該設備的工控機界面，可以非常直觀的觀測到變頻器的輸入輸出電壓和電流波形、同時還可實時采集到注水泵的注水量、耗電量、實際管網(wǎng)壓力的瞬時變化和累計數(shù)據(jù)，便于現(xiàn)場工作人員進行節(jié)能分析和管理。