变频器在油田油气混输泵上的应用

1、变频器在油田油气混输泵上的应用变频、调速、节能、应用1  引言    胜利油田孤东采油厂新滩油田地处黄河入海口的海滩上，1998年投入生产开发，目前已投入开发生产油井63口，年产原油12万吨。由于该地区离采油厂主力生产区块较远，各采油点又比较分散，油井数量相对较少。自油田开发以来一直采用大型油罐车拉油的办法，将各采油点的原油每天不停地运输至数十公里外的原油中转站，原油运输成本居高不下。随着油田开发难度的增加和吨油成本的不断上升，进一步挖掘内部潜力，降低油气生产成本，减少输油损耗，就显得尤其重要。显然，利用管道输油可以大大降低油气输送生产成本，减少油气损耗

2、，但由于受各采油点产液量的限制，要保证油气正常长距离生产输送，就得采取大功率高扬程机组通过截流控制的办法，才能满足油井生产的连续运行需要。由于输油泵机组容量偏大、其流量和储油罐液位控制均采用人为节流调节控制等因素，造成了该生产工艺系统运行效率不高、设备易损件故障频繁和“大马拉小车”等现象的发生，这不仅严重浪费了能源，而且影响油井的正常生产和原油产量的完成。为此我们于2005年初提出了在30kW的CSY11-2油气混输单螺杆泵上推广应用了森兰SB61G变频调速控制技术，安装了质量可靠的变频调速设备，以解决生产中的诸多实际问题，收到了良好的现场使用效果，取得了显著的经济效益和社会效益1。2

3、0; 变频调速工作原理2    变频器是一种先进的调速节电设备，其主要实现方式是通过调节变频器的输出频率，改变电机的转速，降低电机输出功率，具体工作流程信号如图1所示，工频电流经过变频器内的整流电路变成直流电，变频器按照控制信号的要求，将直流电改变为所需频率的交流电，作用于电机，使其转速变化，进而改变其输出功率。 图1  变频器工作流程信号图     变频器的种类按使用的电源电压可分为高压和低压变频两种，其工作方式可分闭环控制、开环控制两种，其中闭环控制工作原理如图2所示，它是介质的一个或多个参数（如压力、温度、流

4、量、液位）等通过传感器采样，形成电信号，这些信号经过信号处理器（工控机、单板机、微机等）处理形成变频器可识别的信号，作用于变频器的内置PI调节器，变频器产生交变电流，再与给定值进行比较，作用于电机等用电设备，这些用电设备驱动泵类、风机等设备，作用于介质，改变或维持介质参数。开环控制原理是变频器的控制信号经输入面板或微机等输入设备，根据生产实际需要确定电机工作频率，通过人工直接设置相关参数，直接控制变频器的输出电流的频率，来改变电机的转速，降低电机输出功率，从而达到用电设备有效控制的目的，其工作原理如图3所示。新滩油田162油气混输站和191油气混输站油气混输泵机组变频调速技术控制方案则采用了闭

5、环控制与开环控制相结合的方式，以满足现场生产工作的需要。图2  变频闭环控制工作原理图 图3  变频开环控制工作原理图 3  森兰变频控制器现场应用技术方案3.1 现场生产工艺流程    162站管理着7口油井，油井来油先进入2.7m高的40m3储油罐，经加热后由30kW的CSY11-2油气混输单螺杆泵将油井产出物输送至几十公里外的油气接转站。191站生产工艺流程与162站基本相同，目前管理着5口油井，油气输送距离比162站更远。3.2 闭环控制应用技术方案    在40m3储油罐上安装带420mA模拟信

6、号输出的浮球液位计，将液位信号给变频器，变频器在接收液位计信号后与变频器设定值比较后，采用PID调节控制算法，通过变频器输出频率的变化来自动调节和控制储油罐的液位高度，达到节能降耗和油井生产平稳运行自动控制的目的。储油罐的液位控制高度为1.6m。3.3 开环控制应用技术方案    在40m3储油罐上不安装液位计，液位检测采用人工定时检测，操作人员根据储油罐的液位检测高度，通过人工调节5k的电位器来调节变频器的输出频率，控制油气混输泵的排量，从而实现储油罐的液位高度的控制，达到节能降耗和油井生产平稳运行的目的。储油罐的液位控制高度范围为1.52m。4  变

7、频调速技术现场应用情况    胜利油田于2005年9月先后在孤东采油厂新滩油田162油气混输站和191油气混输站油气混输泵机组泵上各应用了型号为SB61G型号的变频器两台，共4台30kW的森兰SB61G型变频控制器，采用一控一的现场控制工艺方法，各站实际生产运行油气混输泵机组为一台（套），另一台（套）为生产备用机组，应用变频调速技术后，162站电机平均输出电流频率为21.2Hz，191站电机平均输出电流频率为20.4Hz，两者均采用闭环控制方式,如表1所示。表1  两站应用变频器的情况    由表1中可看出两台变频器输出频率

8、均在2030Hz之间，节电效果显著。表2和表3分别是162站和191站应用变频调速技术前后的各数据对比表。    安装变频器前、后各数据比较。表2  162站应用变频调速技术前后的各数据对比表 表3  191站应用变频调速技术前后的各数据对比表    在油气混输泵上安装变频器后，电机工作电流大幅下降，由20多安倍下降到10A左右，电机输入功率也大幅下降，节电效果明显，功率因数随之提高，系统效率也大幅提高，值得指出的一点是泵效有所下降，但这是正常现象，因为电流频率下降之后，电机和泵不能在设计工况下运行，效果

9、不能达到最佳，因此泵效有所下降，但节电效果显著，两台在用泵机组综合节电率可达50%以上，两台在用变频器年节电可达116800kW·h。由此可见，变频调速技术在油田油气混输螺杆泵上的应用既可为解决“大马拉小车”现象提供了一个好的方法，又可满足油田生产连续运行的工作需要，且延长了油气混输泵设备的使用寿命。 5  综合效益评价    （1）节能效果显著。从孤东采油厂新滩油田162站和191站油气混输生产工艺流程中应用的4台变频器情况来看，平均系统效率由原来的30.7%提高到目前的39.51%，使用一年可节约电能达116900余kW·h，按0

10、.465元/kW·h价格计算，则年可节省电费约5.5万余元。    （2）延长了设备使用寿命，减少设备故障维修工作量。从现场使用情况看，使用变频调速技术后，不但大大节约了能源，而且有效地减少了设备的维修维护费用。由于油气混输螺杆泵实现低速旋转后，油气混输螺杆启动电流小，对供电电网的冲击波减小，对整条电网其他用电设备也大有好处，采用变频调速技术的油气混输螺杆泵，泵的维修次数将大大降低，提高了油气混输螺杆泵的完好率，同时也大大节省了油气混输螺杆泵易损件的维修费用。    （3）减轻了职工的工作劳动强度，提高了职工工作效率，改进和

11、提高了油气生产的工作时效性。    （4）降低了油气混输生产工艺线的噪音污染，有效地改善了职工的工作环境，减少了职业危害。    （5）提高了油井生产油气产出物处理过程的自动化管理水平，确保了处理后的油气质量，实现了油气生产的密闭输送，减少油气输送过程中的油气损耗。    （6）该项技术先进，操作简单方便，安全可靠。    （7）油井生产过程实现了储油罐液位和流量调节的自动闭环控制，保证了生产过程的平稳运行，满足了油井连续生产不间断输送，特别是冬季气温低连续生产长距离连续输送防止管道堵塞的工艺要求。    （8）闭环控制变频调速技术的应用是一个很好的方法，它实现了电机的软启动功能，逐步升高电机转速，既可节约电能，减少设备的损耗，又可不必电机全速运转，有效地控制了生产质量，达到最佳经济运行