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浅谈变频调速技术优化输油工艺实践

文档作者：于治源孙青竹文档来源：胜利石油管理局河口采油厂		点击数：	更新时间： 2021年09月27日
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』】r摘要：古文重点介
绍变频调速枝术厦配套
的自动化闹环系统在油
田输1由工艺系统申的应
用实践一为 由田输油、
税水、污水系统厦压缩
札等； 年采存在的电机
洹速运转．控制压力、排
变频调速技术优
化输油工艺实践
胜利石油管理局河口采油厂 于治鼎、-Y4、青竹
量采用节流办法造成泵干压差无功损失、设
备窨损增大、电能无功；艮费大、工凡劳动强度
太、噪声太等一系 问题．栈到了理想的解决
方法和途径．并提供7一些经验
关键词：变频调速优化输 自 经验
1．油田输油工艺系统概况
油田地层中储藏的原油，是由抽油机 电
潜泵、水力泵等地面采油设备从地层中l牮升
至地面．通过输油管道经计量站、接转站、摩
油脱水处理站及逐级油库转输至炼油厂或码
头等终点 逐级系统均存在着长期难以解决
的问题：一是由于单井产量的渡动直接影响
和制约着逐级输油量的大小，而需经常随机
控制输油泵的出口阀I'q，使在原恒速电机带
动的泵本来就存在的泵干压差更加变大f一
般在30％ ～70％ )．无功浪费近一半的电能
二是由于目前一般采用恒速电机．近几年虽
然出现丁变速电机．但容量和规格系列还不
完备，油站改造也有困难，技术的成熟性还待
进一步考验．至今并未应用在输油系统一三
是为了随时记录大罐液位，值班工人要按时
经常爬罐量油，由于罐多路远工作量大．特别
是风天．雷雨天和夜间爬罐量油危险性大．苦
疏忽也易发生大罐冒顶或抽空事故． 四是设
备别泵节流运行泵压高，振动大、噪声高，盘
根渗漏频繁．污油污染增加，设备磨损严重，
修理费用高，劳动强度增大．也影响了设备的
完好和利用一五是为了完全回收天然气而设
置的油气分离密闭流程中罐的容量小，原来
用的浮飘技术，要经常到现场观测，用开关泵
镟I
技术
T E f
1 f、
出口阀的办法控制嫒动大的来油．十分碓
控制
鉴于这些匣因和现实情况+我厂从科技
＼手应用了目前国外先进的电机变频调速新
技术。针对开罐．1利用差压变送器、大罐踱位
数显、可编程控制器等配套变频调速器控制
输油系统工艺参数． 针对密闭罐，利用嘎玛
射线非接触式液位计、大罐液位数显，可编程
控制器等配套变频调速器控制输油系统工艺
参数。变频器价倍昂贵 为了充分利用．配置
了电器切换装置，即任一台泵启动时均可切
换至变频器带动 解决了输油工艺系统中优
化运行的问题： 目前正在推广应用中～ 本文
就该技术的应用效果与经济效益探讨如下=
2．油田输油系统配套变频调速自控技
术原理简述
(1)输油系统配套变频调速自控技术示
意图。密闭罐变频闭环自控系统见图1一开
式罐变频闭环自控系统见图：
佗)变频诵速自控技术应用原理
① 一次液化探测仪表：按储油罐开式与
密闭形式区分 开式罐液体为自然压力，可
采用投资较少的差压变送器测量和传递液位
信号．为防止油罐与变送器联接部位冬季温
度低．阻力大，信号传输不准的问题，我厂持
研制了该段管汇注人防冻液的专利技术应用
于生产现场效果较好。密闭罐中油水气三相
介质在罐内县有一定压力(压力大小取决于
系统流程需要而异1．采用了嗄玛射线非接触
式蔽位计，该产品技术性能可靠，能准砖地测
{电于节能)19％ 年第4期-31-
c' ，
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■变频技术
量和传送液位信号 但由于价格昂贵一般不
采用、目前仅限于密闭油罐中选用这些仪
表主要功能是将传感的压力信号或探测的液
位信号，转化为统一的4～20mA标准信号输
送给信号处理装置调节器受可编程控制器
另一路信号同时输送给液位敛显仪表，使值
班人员随时观察到油罐液位，并设置了亩光
报警以及时发现液位超上下限异常现象
② 调节器及可编程控制器把送来的实测
信号与给定信号相比较得到偏差信号．根据
编人的软件程序对偏差信号进行PI运算、指
争变频器随机改变输入电机的电频率一
③ 变频凋速器按输入的信号指令将输A
的50112的交流电源通过逆变器等大规模集
成电路变为直流电源，再根据液位和来油量
的波动随时调节保持液位标准限度的控制电
机转速的交流电相应送出频率，输出范围为
0～501tz，精度O．5级。简单地说就是通过
这些系统装置，实现罐来油多掖位升高时泵
快转快打，反之慢转慢打保持液位稳定
④ 对多台泵仅运行一台，并经常倒泵的
情况均配套增设了切换装置．实现一台变频
器通过切换装置可随意带动任一台泵，叉能
切换恢复原启动箱的工频运行状态。应注意
的同题是变频器的铭牌功率不得低于电机铭
牌功率．以免发生超负荷运行造成变频器损
坏的经济损失。
⑤ 变频器的应用一是控制生产工艺，二
是使设备节能运行．因此要求泵启动运转正
常后应及时打开出口阀门，消除泵干压差。
只要电机和变频器运行时不超过额定负荷．
可不必担心设备问蘑。但当使用变频器时，
由于不同时间段来油量太，单台设备满负荷
运行不够用时，可工频启动另外一台泵，使其
尽可能满负荷运行，变频器带动的泵作为补
充，也可达到节电效果。
3．变频调速自控系统应用效果
河口采油厂目前现有输油泵站22座，7 L
≈- ‘电子节睫)l996年第4期
台各型输油泵、实际运转的约28台．安装变
频器的泵站7座，9台变频器能切换利用共
带动23台泵 实际变频运行的9台泵中密
闭输油泵站5座运行 台一
(1)根据技术上可行、经济上合理原则制
定方案．基本做法是：必颁结台输油生产工艺
实际情兄选择实施方案．即考虑到技术上可
行，叉考虑到经济上尽量减少投资，具体实施
如下。
① 对油气混输需要完全回收天然气的密
闭流程型油泵站、由于油气产量渡动很大，且
分离器容量又很小，密闭的罐中叉有一定压
力．我们采用了嘎玛射线非接触式液位探测
仪(棱工业部四0 四厂生产的sY52oO系列
液位计)做为一次仪表，监测和传送罐内随机
变化的液位。调节器、可编程控制器及变频
器随时调节电机转速、实现保持罐液位、控制
泵排量、调节泵干压差平衡等目标。
② 对于天然气含量少不需回收的开式大
罐，采用差压变送器做为一次仪表随机监测
大罐液位。把信号传送给可编程控制器及变
频器，随时调节电机转速．实现保持大罐液
位，控制泵排量，调节泵干压差的目标
@ 为了节约投资，也可对生产油量稳定
罐多容量大的泵站仅安装变频器和切换装
置，采取人工手动控制变频的办法一在值班
室增设大罐液位数显表，根据变化的液位随
时手动调节变频器频率控制泵排量。
④ 由于变频器价格昂贵．不可能每台泵
均配置一台变频器，根据输油泵站一般三开
一或两开一的特点，充分利用变频器应安装
电源切换装置，使任意泵启用均可由变频器
带动，且变频和自动化系统一但发生故障叉
能切换至原工频启动的状态。便于维修确保
生产。
⑤ 制定液位仪表显示数值与现场实际检
测的校对制度． 免仪表失实造成发生冒顶
或抽空事故。
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尊变频器与自动监控系统应每年春季检
查检修一次．由厂家专业技术人员承担．使用
单位由工程技术人员或电工配台进行 并制
定操作规程和保养规范
一2 J变频蝇速技术解决的输油工艺问题
① 娈频调速是性能最好且最有发展前途
的装置 在西欧、北美、日本等工业发达国家
和地区．变频调速住三相异步电机橱速范畴
中已占主导地位 它具有塌速范围宽、效率
高．适应陛强等优 ：尤其是它的高町靠性．
使用户放心
② 消除泵干压差造成的电能损失．根据
我厂各型蕞站实际使用多钲的统计．节电率
可达30％ ～6O％
·墨解凑泵站来油量波动大而能平稳随饥调
整排量．避免人为控制易发生罐冒顶和抽空问
题一
④ 输油过程中由于加温不及时牯度升
高+管线阻力增加对．可自动加陕转速提高泵
压．直至达到最大允许泵压．受时有效地防止
堵管线事故一
一 能够避免为节电而车削泵叶轮后，造
成泵压功能失去的弊端
@ 由于在正常变频输油运行中．泵处在
中轻负荷下运转状态．设备磨损降低．振动减
小．噪声低，相对减轻了工人的劳动强度，工
作环境转好．也减小了防噪声的投资
(3)变频调速技术应用于输油工艺的经
济效益
① 密闭输油工芝应用效益实例
以我厂渤七站为例：该站安装80kY50．
变频技术
200A 输油泵3台．配用电机75kW ．每天输
油量为l100m、．正常运行～ 台幕．啄l勾节流
运行 改造后安装广75kW 变频器～ 台．切
换装置一套．因谖站为密闭输油．配套安装_r
嘎玛射线搜表SY-5230型非接触式液位计．
信号处理采用可编程控制器+值班室i殳置丁
液位觳显仪表 流程装置设置见图【 改造
前后技术经济指标效果对比见表I 直接青
电效益= (62．4kW 22．4kW 24h 365
天·(]+4元= L ．02万元／／年投资回收期
一般为1 5年．同接经济效益在本文变颈诵
建技术解决的输油问题中已述
计算公式：I．泵有效功率(kWI=O．278
0 P震一y
2．系统有效功率一kw =lJ．
278 Q P干 f
3．输油功蛊f kW )=
cosm ^ U ^ I
系统效率(％ =歪 雾
式 278= =
效益分折： 【． 节电车：。 =
输八功率(后1 输人功率(前，
输八功率(前)
64．1％
② 节电价值=(62．4kW 22．Jkw ：
24h×365dIL 0．4 元= 14．02万元／ 正
③ 全部投资为23万元．回收年限约为
L．5年．变频器寿命～ 般为L0年一
0 输油系统追求的是系统效率，泵玉高
而系统干压低时即造成了泵压头损失
表l 渤七站(密闭站)变频闭环自控效果对比
改 配用 {宣量幂压 压 原油密 系统 覃有 电压!电覆 功率 精^ 呆筑 电矶
泵型号 电机 {P 1 P ) 麦f,／J 有琦 功 f J I： 因数 琦幸 蛙重 期童
造 w ／hMPa MPa t／m kW kW kV A ∞ kW lJ．z
前f80k~50 200+75 46 1．8 0．68 b．9372 8．t5【21．5‘0．4 i tOO 0．9 62．4 t3．I 50
后80kg50—200 75 46 0+6 0．68 p．9372．8．t5 8．15 。．4{36 o．9 I 22．4 36．4 l I9
《电子节能'l996年第4期-∞
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● 变频技术
表 上集站f汗式站J坐额团环自控效果对比
改 配目 精硅幕压 干压 孽油鹰 摹袭 蕞有{ 电压 电赢8-$ 精、 景境 电乱
幕型号 电机 ·啦}P1i． I P干J 厦’ 】 有功 功 l U】 llj 吾哲 省奉 设辜 短幸
造 kW nl’／hMI'1 ~,lPa c，Ⅲ kW kW ¨ c惜● kW I．tz
前100t~Y100 250 I 32 70．8 2．0 I1．q 0．9275 16．43 36．5 0．39 218 0．9 127．6 12．88 5O
后100kY100．250 I 31 78． 0．9 0·q (]·9275 16·43 16·43 0·39 72 (】·9 1 43·8 37·5l 19
几 耸厂 h
(《 ( y(
开式{亩油变频闭环自控系挽示意阿
计算公式与丧1中公式相『i 益分析：
① 节电率(％)：65．7％
② 节电价值=c127．6kW 一43．8kW )
24h×365d×0．4元：29．36万元／ 年
③ 全部投资25万元，回收年限0．85年
其它同表l中的效益分析
4．结论：
31 ‘电子节靠)l996年蕈{期
变频调速技术是近几年来发展起来 应
用于生产领域的～ 项先进和成熟的有长久效
益的高新技术 只要结合实际，设计选择合
理 充分发挥其功能．定会为泵类运行带来技
术和经济方面好处 解决原落后的设备工艺
存在的弊端，为泵类设备的最优化运行提供
最佳的环境和途径

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