几种抽油机节能装置节能效果及性能比较

...几种抽油机节能装置节能效果及性能比较一、概述自从100多年前，以燃烧石油制品为动力的机器诞生以来，对石油的需求量飞速增长，也为石油工业的进展——抽油机。抽油机的种类繁多，技术发往复运动类〔国内外大量使用的游梁式抽油机和无游梁式抽油机〕和旋转运动类〔如电动潜油螺杆泵〕；无杆类采油设备也可分为电动潜油离心泵，液压驱动类〔如水力活塞泵〕和气举采油设备。油入井，再用抽油机把油从地层中提升上来。以水换油或者以电换油是我国油田的现实，因而，电费在我国的石油开采本钱中占了相当大的比例，所以，石油行业格外重视节约电能。目前，我国抽油机的保有量在10万台以上，电动机装机总容量在3500MW，每年耗电量逾百亿kWh。抽油机的运行效率特别低，在我国平均效率为25.96％，而国外平均水平为30.05％，年节能潜力可达几十亿kW·h。除了抽油机之外，油田还有大量的注水泵、输油泵和潜油泵等设备，总耗电量超过油田总用电量的80％，可见，石油行业也是推广“电机系统节能”的重点行业。抽油机节能包括节能型抽油机和抽油机节能电控装置的研制与推广两个方面，对此两大技术的争论方兴未“王婆卖瓜”之嫌。因此，有必要将验或已投运的节能电控装置不下数十种之多，大体上可以分为以下几个类型，下面分别加以争论。二、间抽掌握器取，井中液面渐渐下降，泵的布满度越来越缺乏，直到最终发生空抽的现象，假设不加以掌握，就会白白地铺张大量的电能。对于这种油井，最简洁的方法是实行间抽，即当油井出液量缺乏或发生空抽时，就关闭抽油机，等待井下液量的蓄积，当液面超过肯定深度时，再开启抽油机，这样就提高了抽油机的工作效率，避开了大量的电能铺张。但是，这仍旧无法解决令抽油机的工作力量动态地响应油井负荷的变化，以到达最正确的节能效果，同时，还有可能会影响油井的产量。为了解决上述问题，通过安装相关的传感器，准确感知油井负荷的动态变化，实现智能间抽掌握。为此，可承受各种不同的传感器到达掌握目的，下面分别予以介绍。液面探测器：假设能直接测出井中的液面，那么就可以用它来掌握抽油机的运行。当液面高度超过泵时，就启动抽油机；当液面降到泵的吸入口处时，就关闭抽油机，避开空抽的发生。早期的方法是使用永久式的井下压力传感器来检测液面，现代则是利用声波装置从地面上自动监测井下液面深度，但是，由于装置简单，修理费用高而没有得到普及。流量传感器：在井口通过流量传感器检测油井的出液量，是实现抽油机掌握最直接，也是最有效的方法。但是，由于国内的油井产量太低，有些油井的产量每天只有几m3，甚至缺乏1m3，合10cm3/s。这么小的流量发生堵塞现象，因而也未能获得推广应用。电流传感器：应当说，电机电流的检测是最便利、最牢靠，也是最为廉价的方法。当发生空抽时，下冲程开动机只要用很小的能量就可将杆柱送入井底，电机电流较小；当油井中泵的布满度较高时，下冲程开头不久，游在液体中的浮重，这也就意味着电机将用较大的能量来举起曲柄或游梁尾部的平衡块的重量才能将杆柱送入井底，因而电流就较大。....井下泵运行状况的最好监视器，并且它不受平衡配重的影响。泵的充盈系数〔包括空抽〕通过对抽油杆载荷的分析可以很简洁地被检测出来。另外，更重要的是抽油杆载荷数据，加上抽油杆位置的信息，正是分析井下工况的“示功图”以测出抽油杆的载荷数据。光杆测力传感器比较准确，但易于损坏；安装在游梁上的传感器准确度比较低，但比较耐用。三、电动机星三角转换节能由于抽油机的功率档次有限，而每一口油井的参数都不一样，在选配抽油机时，不行能做到量体裁衣，刚好况下正常运行，也留有肯定的功率余量；随着油井由浅入深的抽取，油井的产液量越来越少，抽油机的负荷也相应减小。由于上述缘由，就造成了抽油机的实际负载率普遍偏低，大局部抽油机的负载率在20％～30％之间，最高也不会超过50％，形成大马拉小车的现象。而当电动机处于轻载运行时，其效率和功率因数都较低，此时假设动机的铁耗和从电网吸取的无功功率，可以提高电动机的运行效率和功率因数，到达节能的目的。380V额定的输出机械功率。电动机的转矩是与电压的平方成正比的，当电动机轻载〔<33％〕时，可以将电动Y220V1/3。当负载率>33％时，再将电动机绕组改为△接法运行，否则，会因电流过大而烧毁电动机。电动机在进展Y/△转换时会产生冲击电流。Y/β<33％时，不能准时进展△→Yβ>33Yβ<30％时进展△→Yβ>35Y→△转换。四、晶闸管相控调压节能(STD)泵空增加无效行程，铺张大量电能，同时也使抽油设备的维护费用提高。STD内部主要由相控电机节电器及保护理器上，通过先进的电子线路对负载电机进展实时检测与跟踪，实时掌握晶闸管〔可控硅〕的导通角，在百分之率损耗，改善电机起动、停机性能，到达节电的效果。STD相控调压节电器适用于各类处于轻载或变负载运行状态下抽油机电机节能掌握，不转变抽油机的上下启动电流，削减冲击电流对电机绝缘的破坏、降低电机运行温度、削减电机的维护量、延长使用寿命。相控节电有效改善电机的运行条件。转速，不影响抽油机采油量，串联于抽油机电机前端，安装使用简捷易用，具有软启动，动态跟踪负载，调整用电设备输入功率，提高用功功率等功能，可有效地保护电机及机械设备，设备运行平稳、牢靠，是抽油机节能改造的最正确方案。STD油田抽油机节能掌握柜就是基于相控节电技术，特地针对油田抽油机运行效率低、能源铺张严峻而推出的一代油田节能产品，目前在国内很多油田已经得到认可和广泛应用。五、无功就地补偿节能沟通异步电动机的无功就地补偿就是将补偿电容器组直接与电动机并联运行供电线路的容量及能量损耗、导线截面、有色金属消耗量，以及开关设备和变压器的容量都相应减小，而供电质量却得以提高。无功就地补偿只对长期空载或轻载运行的电动机有用，对于重载运行的电动机，由于其本身功率因数较高，没有补偿的必要。由于抽油机大局部处于轻载运行的状况，且由于其分散性，低压输电线路较长，本身功率因数又偏低，无功就地补偿的效果较好。对于抽油机这样的负载，负载频繁变化，没有必要承受自动投切的电容器组补偿，这样会增加本钱，降低牢靠性，是得不偿失之举。只要依据电机容量及平均负载率，选配适当容量的电容器进展固定补偿就行了，既经济又有用。目前，由于市售的补偿电容器质量都不好，寿命都不长，因此，应中选用质量较好的自愈式电容器，并有自放电电路的产品。六、超高转差率多速电动机抽油机由于其特别的运行要求，所匹配的拖动装置必需同时满足三个最大的要求，即最大冲程，最大冲次，最大允许挂重。另外，还须具有足够的堵转转矩，以抑制抽油机启动时严峻的静态不平衡。因此，往往抽油机在6Y200L6/18.5kW，10Y250M6/30kW等。20世纪80年月中分别引进国外超高转差电动机和超高转差多极电动机技术，对抽油机拖动装置进展了大量的科学试验，测试和分析，证明抽油机匹配超高转差率多速节能电动机拖动装置具有肯定的节能效果。降低抽油机拖动装置的安装容量裕量就是一个节能表达造就了抽油机运行过程中电动机功率的有功重量和无功重量的变化，促使输入功率的降低。机维持在PH点的负载，在现场从未消灭过，绝大局部负载在电动机额定功率〔指输出功率％0η及cosψ在负载变化状况下，其值变化不大，从而相对来讲其ηcosψ高于一般电动机，致使有功功率降低，功率因数提高。因此，就节能而言，抽油机匹配超高转差电动机是合理的。固然，转差率的凹凸，机械特性的软硬是否越高越好、越软越好？对于这一问题，我们认为技术的成立与否是通过生产实践验证的。转差率凹凸，机械特性软硬均应适度，否则对其有用性、牢靠性带来不利影响。变形减小，从而使抽油泵的填充系数增加，吸液量增大，每冲次来油量增加，使单位液耗电能降低，具有肯定的节能效果。七、变频器调速节能当油井的地下渗透力量小于抽油机的泵排量时〔绝大多数油井如此〕，为了提高抽吸效率，降低单位产量的能耗指标，最直接的方法是实行间抽。但是大多数的油井是不允许间歇性工作的，由于假设长时间停机的话，轻则会影响产油量，重则会使油井无法再开启。这是由于：含蜡量高或含盐量高以及油的粘稠度高，且地处高寒地区的油井，假设间歇工作，会造成井口结蜡、结盐或结油的后果，使油井无法再开启；对于注水油井，假设停顿抽取，势必会影响产油量，这将是得不偿失的事，对于这类油井，就要承受其它的节能方法。塞泵，对电动机来讲是一种恒转矩性的负载，也即电动机的电功率与其转速成正比。这里要提示留意的一点是:“近似于泵类负载”，这都是错误的。要知只有叶片式的风机和水泵，在不计其静扭矩时，有近似于平方转矩的负载特性，也即：排量与转速成正比，压头〔或扬程〕与转速的平方成正比，而轴功率则与转速的立方成正比。600～700元/kW。国产变频器的价格在400～500元/kW，在抽油机上大量推广变频取速度，一方面到达节能目的，同时还可以增加原油产量；由于实现了真正的软起动，对电动机、变速箱，抽油机都避开了过大的机械冲击，大大延长了设备的使用寿命，削减了停产时间，提高了生产效率；大大提高了功率因数〔0.25～0.50.9以上〕，从而大大削减了供电电流，减轻了电网及变压器的负担，降低了线损，挖掘出大量的“扩容”潜力。但是，将变频器用于抽油机拖动时，也有几个问题需要解决，主要是冲击电流问题和再生能量的处理问题，以下加以分析。1、冲击电流问题连续不连续地工作。也就是说抽油机的节能技术取决于平衡的好坏。在平衡率为100％时电动机供给的动力仅用于提起1/2液柱重量和抑制摩擦力等，平衡率越低，则需要电动机供给的动力越大。由于抽油载荷是每时每刻此，可以说游梁式抽油机的节能技术就是平衡技术。18口井的调查，有6口井配重偏大，从而造成过大的冲击电流，冲击电流与工作电流之比最大可超过53倍！不仅铺张掉大量的电能，而且严峻威逼到设备的安全。同时，也引起变频器的过载保护，不能正常工作。1.5倍以内。这样，选用与电机额定功率同容量的变频器，甚至略小于电机额定功率的变频器〔要视抽油机电动机的负载率而定〕都可以长期稳定运行。由于抽油机的起动扭矩往往很大，惯性也很大，所以要将变频器的加减30～50s，才不致在起动时引起过载保护。2、再生能量的处理问题工作状态〔发电状态〕，电动机由于位能或惯性，其转速会超过同步速，再生能量通过与变频器逆变桥开关器件〔IGBT〕并联的续流二极管的整流作用，反响到直流母线。由于交—直—交变频器的直流母线承受一般二级管高，称作“泵升电压”。直流母线电压过高时将会对滤波电容器和功率开关器件构成威逼，为了保护电容器及功率开关器件的安全，所以，变频器都设置了直流母线电压高保护停机功能。机作功。这种方法对节能有利，但是电容器的储能作用是有限的，在大容量或者负载惯量大的系统中，不行能只靠滤波电容器来限制泵升电压。其次种方法是承受“放”RpS11组成的泵升电压限制电路。也就是将回馈能量消耗在电阻上，这是一种耗能的方法，对节能不利。尤其是在大容量或者大惯量拖动系统中，能量的损失较大。馈到直流母线上的再生能量用于中频加热器，同时又防止了直流母线电压的泵升。的回馈能量作为其他变频器的动力。这样即节约了能量，又防止了泵升电压的产生。固然这样一来，系统就更简单，投资也就更高了。所谓的能量回馈装置，其实就是一台有源逆变器。3、电磁兼容性问题这里主要讲电磁干扰〔EMI〕问题，即变频器对微电脑掌握器，传感〔变送〕器及通信设备的干扰问题。变频器是一个很强的电磁骚扰源，变频器中的开关器件，以及SPWM电压波形，会对掌握及通信系统造成很大的干扰。干扰的途径，除了感应、辐射之外，还包括传导干扰，即通过连接导线传导的干扰。在掌握系统中，变频器只是一个执行机构，它的运行频率〔速度〕指令由掌握器通过对油井液量等信号的掌握运算后赐予，变频器就通过掌握信号线，给微电脑掌握器造成了很大的干扰，以致使掌握器无法正常工作。由于是传导性干扰，承受屏蔽线是不解决问题的，要从信号线上的共模及差模干扰入手，承受共模与差模滤波器，才能解决干扰问题。4、闭环掌握的采样问题抽油机利用变频器调速，使之动态适应油井负荷的变化，到达节电的目的，必需要加外部传感器，否则无法实现闭环智能掌握，只能实现人工定值掌握。所承受的传感器的类型，与间抽掌握器大体一样，但是在要求上是由于这里除了配重的影响外，当电机调速时，电流也是随着变化的，因此不能将电流信号用作掌握依据。八、完毕语1、抽油机在油田的使用量大，而负载率普遍偏低，功率因数则更低，电能的无谓铺张严峻，节能降耗潜力巨大。2、间抽掌握器在低产油井上有肯定节能效果和经济效益，但效果不是很明显，由于其承受接触器作为主要元件，在降压切换过程中又要常常动作，因此产品寿命不会很长，需要常常维护。4、晶闸管相控调压节能，是目前油田节能应用上较为抱负的节能产品，其相控节能掌握柜可以取代原有配电柜，便于治理与维护，节能效果普遍较高，近几年在大庆油田、中原油田和辽河油田得到了广泛应用，其造价低，经济效益