摘要：变频器是一种能够改变电机运行频率和输出功率的设备，广泛应用于油田生产中，对石油企业的节能、控制起到积极作用。本文以某作业区为调查对象，介绍了变频器在其油田生产中的具体应用。然后，重点分析、比较了使用IGBT高压变频器应用于注水泵的节能效果。结果显示，采用变频调速可以显著降低能耗，提高能源利用效率，对油田生产具有积极的促进作用。 关键词：油田变频器；节能效果；IGBT高压变频器
引言
随着油田进入高含水阶段，在开采过程中，节能降耗与安全生产已经成为了油田生产的两大重点，变频器的使用能够满足节能降耗和安全生产的实际要求。变频器是一种电能控制设备，其通过控制功率半导体设备，将固有的工作频率转换成可调节的频率，为了节能、调节和保护，油田开采过程中主要采用了异步或同步交流电动机转速的方法[1]。经过十多年的发展，变频器在油田生产中得到了广泛的应用，如何更好地对其进行科学的管理与使用，从而有效地延长其使用寿命，提高其投入产出比，是管理者应当考虑的问题。
一、变频器在油田生产中的具体应用
变频器在油田生产中的应用已越来越广泛，在不同的具体条件下，变频调速的关注点和节电的关注点也各不相同。其应用范围可划分为站库、单井；按用途划分为开采、加工、运输；按应用地点的工艺、设备分类，可分为螺杆泵（侧驱、直驱）、抽油机、原油外输、污水反冲洗、聚合物配制和注入、注水、锅炉给水、恒压供水、消防和加热炉自动点火等；在节能方面，主要有原油外输、聚合物注水、螺杆泵、水泵；污水反冲洗，锅炉给水，加热炉的自燃等着重于调节，使得受控的量能满足设计及生产的需要。本文以大庆油田第三采油厂第二作业区为例，将变频器按应用场所进行了分类，并将其数据列于表1中。
表1 不同场所变频器使用情况
场所 | 数量 | 功率/KW | 工艺设备 | 数量 | 功率/KW |
站库 | 147 | 6944 | 外输 | 14 | 956 |
污水 | 7 | 424 |
注入 | 126油田阀门 | 5564 |
单井 | 123 | 4013 | 侧驱 | 54 | 1651 |
直驱 | 69 | 2362 |
| | | | | |
二、IGBT高压变频器应用于注水泵的节能效果分析
（一）原有控制流量方式
在油田高压注水系统中，通常都是通过开关阀来实现对注水过程中的流量、压力的调节。按照流程要求，水泵不能进行长期的小排量运转，不然会导致水泵内部温度上升，引起空化、烧坏等问题[2]。以往，水泵只能通过大回路的方式来降低温升，从而导致电能的大量消耗，对油田生产造成巨大的能源浪费。在原有的设计中，作业区采用3台D(F)250-150型注水泵对系统进行注水，在此条件下，其能量损耗主要来自于控制阀的节流。经分析认为，要实现节能降耗，必须与配注水量相结合，同时减小每口注水井的阀控压差。
（二）注水泵变频调速的节能原理
注水泵是一种典型的可变扭矩负荷，其特点是扭矩随着转速的增大而增大，注水泵马达的轴功率P与其流量Q和扬程H的关系为公式（1）：。在流量变为的情况下，马达的转速为和，此时Q、H和P与转速的公式为：。从以上2个公式中可知，注水泵马达的轴向功率（动力输出）正比于旋转速度的3次方，而扭矩正比于旋转速度2次方，在较低转速时，输出功率将有较大的降低。当注水泵超过额定转速时，采用恒功率调速，其效率就会降低，并且产生较大的机械磨耗，极易造成电动机的损坏。在理论上，每减少10%，就会使系统的功耗降低约30%，因为功耗的大幅减少，可以达到明显的节能效果。减速后的理论节电效率应如表2所示。
表2 速度降低后的理论节能表
| 100% | 90% | 85% | 80% | 70% | 60% | 50% |
| 100% | 73% | 61.4% | %51% | 34% | 21.6% | 13.0% |
| | | | | | | |
（三）节能效果对比
1.节能对比
应用前，第二作业区注水站运行日耗3万kw·h，IGBT高压变频器投入运行后日耗2.1万kw·h，节约能源达30%以上。按照节约能源30%。电机一天24小时工作，每日节省的电量为。如果电价为0.5元/kw·h，每日节省的电费为。按照每月使用30天计算，那么月节电费用为，按照一年使用12个月计算，那么年节电费用为：。
2.对比结果
结果表明，利用变频调速系统进行调速是一种行之有效的方法，因此，为适应生产的要求，采取IGBT高压变频器使注水泵可以实现大流量或小流量，可以实现高压力或低压力的操作。具体可采用压力闭环和流量闭环两种方式对注水过程进行控制，当注入站工作条件发生变化时，采用IGBT高压变频器驱动注水泵实现对注水压力和流量的自动调整。这时，水泵的出水阀完全打开，水泵的差压减小到零。采用这种方法，不仅可以节省电力，而且可以降低阀门的维护工作量。同时，该系统的自动化程度也得到了提高，噪声得到了明显的降低，工作环境得到了明显的改善，工作人员的劳动强度也得到了明显的降低。利用变频技术实现了对水量的控制，既节省了电力，又提高了系统的自动化水平；变频调速系统
可自动按需调整转速，且平稳、平稳，可减轻工作人员的工作强度；改善了注水泵的操作参数，大大提高了系统的效率[3]。
结语
总之，在工业生产中，应用变频调速方法进行速度调节，是当前工业生产中传动系统节能的一种必然发展方向，对企业的经济效益有很大的帮助。本文对应用于注水站中的IGBT直接串联高压变频器进行了长期试验，结果表明，这种变频器具有明显的节能效果，性能可靠，功能齐全，技术先进等特点，是一种适用于油田电力拖动其它工艺的高压变频器及速度控制技术，对该系统的高压变频器及速度控制技术有较好的应用前景。
参考文献
[1]张翠玲.基于PLC技术的变频器节能控制系统设计分析[J].电子技术与软件工程,2023(05):134-137.
[2]潘雅缤.变频器应用于潜油电泵井的节能探讨[J].中国设备工程,2022(21):93-95.
[3]温德鑫,胡启智.油田注水系统中高压变频器的节能潜力分析[J].科协论坛(下半月),2009(08):37+40.
作者简介：董向辉，男，197708，大庆油田有限责任公司第三采油厂第二作业区维修班，从事维修电工工作
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议