注水系統(tǒng)多點(diǎn)調(diào)參優(yōu)化節(jié)能技術(shù)研究課件_第1頁
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文檔簡介

注水系統(tǒng)多點(diǎn)調(diào)參優(yōu)化節(jié)能技術(shù)研究注水系統(tǒng)多點(diǎn)調(diào)參優(yōu)化節(jié)能技術(shù)研究1一、目的意義

注水系統(tǒng)是油田生產(chǎn)耗電主要環(huán)節(jié)之一,占總耗電量的40%左右。為了控制注水耗電量,降低原油生產(chǎn)成本,薩北開發(fā)區(qū)試驗(yàn)應(yīng)用注水泵減級控制泵管壓差、切削葉輪調(diào)節(jié)注水泵排量和揚(yáng)程、實(shí)施泵涂膜提高泵效、安裝高壓變頻器優(yōu)化注水泵運(yùn)行等措施,均取得了一定的節(jié)能效果。以上技術(shù)除投資較高的高壓變頻能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)外,其余技術(shù)不能夠隨著管網(wǎng)壓力、水量的變化動態(tài)跟蹤調(diào)節(jié),且均是針對單泵的節(jié)能技術(shù),沒有綜合考慮系統(tǒng)影響。因此需要研究新型節(jié)能方式,在提高注水系統(tǒng)運(yùn)行效率的基礎(chǔ)上,降低技術(shù)改造措施的投資,實(shí)現(xiàn)效益最大化。一、目的意義注水系統(tǒng)是油田生產(chǎn)耗電主要環(huán)節(jié)之一2

二、技術(shù)原理

注水系統(tǒng)節(jié)能措施目的是降低注水泵泵管壓差、降低管網(wǎng)壓力損失、降低井口控制損失,提高注水泵泵效等。注水系統(tǒng)區(qū)域性多點(diǎn)調(diào)參優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)是針對注水系統(tǒng)的能耗損失點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān),研究開發(fā)綜合性節(jié)能技術(shù)措施,實(shí)現(xiàn)注水系統(tǒng)整體優(yōu)化運(yùn)行,包括前置泵低壓變頻調(diào)速技術(shù)和注水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行仿真技術(shù)兩部分。二、技術(shù)原理注水系統(tǒng)節(jié)能措施目的是降3

二、技術(shù)原理1.前置泵低壓變頻調(diào)速技術(shù)

前置泵低壓變頻調(diào)參技術(shù)是通過調(diào)整前置泵的出口壓力來調(diào)節(jié)注水泵的入口壓力,實(shí)現(xiàn)注水站出口壓力和注水量的調(diào)整,從而達(dá)到減少或消除注水站泵管壓差。前置泵低壓變頻調(diào)參系統(tǒng)由一臺注水泵、一臺增壓泵、注水泵驅(qū)動電機(jī)、增壓泵驅(qū)動電機(jī)、變頻器及保障運(yùn)行的各種控制設(shè)備和輔助系統(tǒng)組成系統(tǒng)。二、技術(shù)原理1.前置泵低壓變頻調(diào)速技術(shù)4

二、技術(shù)原理1.前置泵低壓變頻調(diào)速技術(shù)

當(dāng)注水泵運(yùn)行壓力大于管壓時(shí),根據(jù)泵實(shí)際情況拆級后再與單級前置泵串聯(lián),保證注水泵運(yùn)行在高效區(qū),并利用變頻技術(shù)調(diào)節(jié)前置泵出口壓力降低泵管壓差。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對前置泵實(shí)行變頻調(diào)速優(yōu)化控制,進(jìn)行注水泵壓力閉環(huán)和流量閉環(huán)控制,控制小功率增壓泵變頻運(yùn)行,保證注水泵運(yùn)行在安全、合理的狀態(tài)下。二、技術(shù)原理1.前置泵低壓變頻調(diào)速技術(shù)5

二、技術(shù)原理2.注水系統(tǒng)模擬優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)

注水系統(tǒng)優(yōu)化系統(tǒng)由中心站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、專用光纖數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和注水站單站控制系統(tǒng)等三個主要環(huán)節(jié)組成,通過三個步驟實(shí)現(xiàn)對注水管網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行控制。

中心控制系統(tǒng)采集各注水站上傳參數(shù),并通過企業(yè)網(wǎng)下載所有注水井的運(yùn)行參數(shù)日報(bào)表后,經(jīng)處理導(dǎo)入注水系統(tǒng)基礎(chǔ)運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)庫。第一步第二步第三步二、技術(shù)原理2.注水系統(tǒng)模擬優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)6

二、技術(shù)原理2.注水系統(tǒng)模擬優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)

注水系統(tǒng)優(yōu)化系統(tǒng)由中心站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、專用光纖數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和注水站單站控制系統(tǒng)等三個主要環(huán)節(jié)組成,通過三個步驟實(shí)現(xiàn)對注水管網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行控制。

注水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行軟件集中監(jiān)測注水系統(tǒng)的運(yùn)行情況,經(jīng)計(jì)算給出開泵方案和每個泵的最佳運(yùn)行參數(shù),合理分配管網(wǎng)壓力和流量負(fù)荷,使整個注水管網(wǎng)負(fù)荷均衡分布,降低管網(wǎng)損耗。第一步第二步第三步二、技術(shù)原理2.注水系統(tǒng)模擬優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)7

二、技術(shù)原理2.注水系統(tǒng)模擬優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)

通過控制網(wǎng)絡(luò)把優(yōu)化結(jié)果下傳到各注水站,通過注水站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)對注水站的控制,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對注水系統(tǒng)的全局優(yōu)化控制。第一步第二步第三步

注水系統(tǒng)優(yōu)化系統(tǒng)由中心站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、專用光纖數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和注水站單站控制系統(tǒng)等三個主要環(huán)節(jié)組成,通過三個步驟實(shí)現(xiàn)對注水管網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行控制。二、技術(shù)原理2.注水系統(tǒng)模擬優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)8

三、方案簡介1.試驗(yàn)系統(tǒng)的選擇聚驅(qū)系統(tǒng):建設(shè)時(shí)間較短,管網(wǎng)連通較差,單站注水量和注水壓力受開發(fā)階段影響,變化幅度大,造成注水站泵管壓差、注水管網(wǎng)損失較大;普通水系統(tǒng):連通性好,注水壓力和注水量平穩(wěn),系統(tǒng)運(yùn)行較合理,節(jié)能潛力不大;深度水系統(tǒng):連通性較好,注水量和注水壓力相對平穩(wěn),但個別注水站泵管壓差較高(5座站泵管壓差超過1.0MPa),實(shí)施周期注水時(shí)注水單耗會進(jìn)一步升高。三、方案簡介1.試驗(yàn)系統(tǒng)的選擇聚驅(qū)系統(tǒng):建設(shè)時(shí)間較9

三、方案簡介2.變頻調(diào)參點(diǎn)的布置

確定前置泵低壓變頻器布置方案主要解決兩個問題:

一是確定前置泵低壓變頻裝置的安裝臺數(shù);二是確定安裝低壓變頻裝置的注水站。首先應(yīng)根據(jù)注水系統(tǒng)的運(yùn)行情況給出各種可能的布置方案,在此基礎(chǔ)上運(yùn)用所編制的注水系統(tǒng)仿真優(yōu)化軟件計(jì)算出各種布置方案下的系統(tǒng)能耗和年節(jié)電費(fèi)用,最后根據(jù)系統(tǒng)能耗、年節(jié)電費(fèi)用、系統(tǒng)投資、投資回收期等多個指標(biāo)綜合比較確定最終方案。三、方案簡介2.變頻調(diào)參點(diǎn)的布置確定10

三、方案簡介2.變頻調(diào)參點(diǎn)的布置

根據(jù)以上原則,利用注水系統(tǒng)仿真優(yōu)化軟件,分別對安裝1臺、2臺、…、5臺變頻調(diào)速裝置,以及臺數(shù)確定的情況下的多種候選方案進(jìn)行了計(jì)算分析,確定了方案4:變頻器安裝臺數(shù)012345推薦布置方案北Ⅱ-3注北Ⅱ-3注北Ⅲ-2注北Ⅱ-3注北Ⅲ-2注北六注北Ⅱ-3注北Ⅲ-2注北六注北十九注北Ⅱ-3注北Ⅲ-2注北六注北十九注北二十注注水站變頻投資(萬元)0146.82293.64440.46587.28734.10巡控投資(萬元)0556.32556.32556.32556.32556.32總投資(萬元)0703.14849.96996.781143.61290.42系統(tǒng)單耗(kWh/m3)6.075.965.855.775.725.71年節(jié)省電費(fèi)(萬元)0196.0337.3453.4537.1557.9項(xiàng)目投資回收期(年)03.592.522.201.132.31系統(tǒng)投資增加值(萬元)0703.14146.82146.82146.82146.82年節(jié)省電費(fèi)增加值(萬元)0196.0141.3116.183.720.8增加部分投資回收期(年)03.591.041.261.757.06三、方案簡介2.變頻調(diào)參點(diǎn)的布置根據(jù)以上原111.前置泵單站運(yùn)行試驗(yàn)四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況

在現(xiàn)場試驗(yàn)開展過程中,根據(jù)試驗(yàn)步驟分別進(jìn)行了前置泵單站運(yùn)行試驗(yàn)、系統(tǒng)開泵優(yōu)化方案試驗(yàn)、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)、系統(tǒng)聯(lián)動聯(lián)調(diào)試驗(yàn)等。

由于在注水泵前加裝前置泵增壓系統(tǒng),原生產(chǎn)工藝流程改變較大,新的工藝流程是否能夠有效滿足生產(chǎn)需要,需進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用以觀察改造后的機(jī)組對管網(wǎng)的適應(yīng)性。

北Ⅱ-3注水站于1987年建成投產(chǎn),注水泵采取“運(yùn)一備一”。運(yùn)行的5#注水機(jī)組的注水泵型號為DF280-160×11,注水電機(jī)型號為YK1800-2/990,泵管壓差2.2MPa。1.前置泵單站運(yùn)行試驗(yàn)四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況在現(xiàn)場試12四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況主要參數(shù)流量m3/h揚(yáng)程MPa泵管壓差MPa泵效電機(jī)效率實(shí)耗功率kW泵單耗kWh折年電耗104kWh折年電費(fèi)萬元改造前26017.22.200.730.961891.57.031652.4904.4第一階段注水泵28315.330.020.750.961673.75.81437.9786.8前置泵2830.56---78.5(實(shí)測)0.374.340.7合計(jì)28315.890.02--1752.26.11534.8827.5第二階段注水泵33214.700.450.780.961787.55.31541.4843.6前置泵3320.50---72.2(實(shí)測)0.258.231.8合計(jì)33215.200.45--1859.75.51629.0875.41.前置泵單站運(yùn)行試驗(yàn)

現(xiàn)場先后進(jìn)行了兩個階段的試驗(yàn)運(yùn)行,經(jīng)節(jié)能監(jiān)測中心測試,節(jié)能效果顯著。分階段運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)

四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況主要參數(shù)流量揚(yáng)程泵管壓差泵效電機(jī)實(shí)耗功率泵單13四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況

在北Ⅱ-3注水站試驗(yàn)取得成功后,對其余注水站安裝的前置泵變頻調(diào)速裝置進(jìn)行了單站跟蹤測試。前置泵及注水泵的規(guī)格以及安裝前后的數(shù)據(jù)對比

注水站名稱北Ⅲ-2注北十九注北六注北十一注泵型D400-150×10D400-150×11D300-150×10D400-150×10前置泵參數(shù)Q=400m3/hP=1.5MPaQ=400m3/hP=1.5MPaQ=400m3/hP=1.5MPaQ=400m3/hP=1.5MPa安裝前泵管壓差(MPa)1.61.61.81.7安裝后泵管壓差(MPa)0.450.480.320.51泵管壓差下降(MPa)1.151.121.481.19安裝前泵水單耗(kWh/m3)6.36.16.75.9安裝后泵水單耗(kWh/m3)5.65.85.75.3泵水單耗下降(kWh/m3)0.70.31.00.61.前置泵單站運(yùn)行試驗(yàn)四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況在北Ⅱ-3注水站試驗(yàn)取得成功后14四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況2.系統(tǒng)開泵優(yōu)化方案試驗(yàn)優(yōu)化前系統(tǒng)運(yùn)行情況

在試運(yùn)行過程中,共分現(xiàn)場錄取數(shù)據(jù)、模擬運(yùn)行、仿真優(yōu)化、結(jié)果執(zhí)行、信息反饋、數(shù)據(jù)對比等環(huán)節(jié)進(jìn)行試驗(yàn)。存在以下問題:一是北Ⅲ-2注水站注水量較小,而北二十的注水量較大,造成Ⅲ-2注水站的注水半徑分布不合理,管網(wǎng)效率較低;二是北Ⅱ-3注和北十九注的泵管壓差較大;三是各站的平均泵效較低,其中北Ⅲ-2注的泵效只有74.18%。注水站名稱泵號注水泵型號泵壓管壓排量泵效用電量單耗北十一注2D300-150×1116.214.8918478.48537605.854北Ⅲ-2注3D155-175×1115.815.2635873.18382005.993北十三注4D400-150×1116.015.1932079.97509205.664北Ⅱ-3注4D280-160A×1116.814.6705676.07437806.205北二十注3D300-150×1116.615.3742077.66465606.275北十九注1D400-150×1116.414.8948477.86571206.023北十九注3D250-150×1116.314.8657076.22388805.917北十二注3D400-150×1015.114.5858778.56487405.676系統(tǒng)水量:63979m3/d系統(tǒng)用電量:377960kWh/d平均泵效:77.32%管網(wǎng)效率:65.35%系統(tǒng)效率:50.04%泵水單耗:5.906kWh/m四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況2.系統(tǒng)開泵優(yōu)化方案試驗(yàn)優(yōu)化前系統(tǒng)運(yùn)行情況15四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況2.系統(tǒng)開泵優(yōu)化方案試驗(yàn)按優(yōu)化參數(shù)實(shí)施后系統(tǒng)運(yùn)行情況

軟件優(yōu)化后的系統(tǒng)運(yùn)行情況得到一定的改善:一是北Ⅲ-2注由3號注水泵(D155-175X11)換成1號注水泵(D400-150X10),該站的排量增大,注水半徑更加合理;二是優(yōu)化后北Ⅱ-3注和北十九注的泵管壓差都有所下降。注水站名稱泵號注水泵型號泵壓管壓排量泵效用電量單耗北十一注2D300-150×1116.816.4764280.54450805.821北Ⅲ-2注1D400-150×1015.515.3841279.18460405.467北十三注4D400-150×1115.715.2935278.80529905.566北Ⅱ-3注4D280-160A×1116.515.1680977.43406405.968北二十注3D300-150×1116.515.1701877.15470406.702北十九注1D400-150×1116.314.9988280.01548005.545北十九注3D250-150×1116.314.9660677.88382805.795北十二注3D400-150×1015.215.0839880.58476605.675系統(tǒng)水量:64010m3/d系統(tǒng)用電量:337250kWh/d平均泵效:79.19%管網(wǎng)效率:66.53%系統(tǒng)效率:51.36%泵水單耗:5.819kWh/m3四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況2.系統(tǒng)開泵優(yōu)化方案試驗(yàn)按優(yōu)化參數(shù)實(shí)施后系統(tǒng)16四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況優(yōu)化前、后北Ⅲ-2注水半徑分布圖2.系統(tǒng)開泵優(yōu)化方案試驗(yàn)

以北Ⅲ-2注水站注水半徑的前后變化為例,反映出系統(tǒng)壓力更加均衡。優(yōu)化前優(yōu)化后四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況優(yōu)化前、后北Ⅲ-2注水半徑分布圖2.系統(tǒng)開泵17四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況3.系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)優(yōu)化前系統(tǒng)運(yùn)行情況

注水站名稱泵號注水泵型號泵壓管壓排量泵效用電量單耗北十一注2D300-150×1116.716.4790880.90485606.140北Ⅲ-2注1D400-150×1015.715.4847879.80472805.576北十三注4D400-150×1115.815.3957878.80518405.412北Ⅱ-3注4D280-160A×1116.714.6735375.10440405.989北二十注3D300-150×1116.615.2827880.00475205.740北十九注1D400-150×1116.315.1874274.01552006.314北十九注3D250-150×1116.515.1658275.52440406.691北十二注3D400-150×1015.515.1821878.50451205.490系統(tǒng)水量:65137m3/d系統(tǒng)用電量:381600kWh/d平均泵效:77.82%管網(wǎng)效率:67.05%系統(tǒng)效率:49.97%泵水單耗:5.858kWh/m3

對系統(tǒng)進(jìn)行了運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化(即給定開泵方案時(shí),對各泵的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化):四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況3.系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)優(yōu)化前系統(tǒng)運(yùn)行情況18四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況3.系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)優(yōu)化實(shí)施后系統(tǒng)運(yùn)行情況

注水站名稱泵號注水泵型號泵壓管壓排量泵效用電量單耗北十一注2D300-150×1116.916.4793581.17448805.655北Ⅲ-2注1D400-150×1015.815.5794978.10444405.591北十三注4D400-150×1115.815.31009581.30532805.279北Ⅱ-3注4D280-160A×1116.714.8705678.84405405.745北二十注3D300-150×1116.715.3784579.99456005.813北十九注1D400-150×1115.915.2935778.82575406.149北十九注3D250-150×1115.6152658277.19423606.435北十二注3D400-150×1015.114.8833778.62467605.608系統(tǒng)水量:65156m3/d系統(tǒng)用電量:376300kWh/d平均泵效:79.25%管網(wǎng)效率:68.16%系統(tǒng)效率:51.61%泵水單耗:5.775kWh/m3

參數(shù)優(yōu)化實(shí)施后系統(tǒng)的平均泵效、管網(wǎng)效率和系統(tǒng)效率有不同程度的提高,系統(tǒng)的單耗下降了0.083kWh/m3。四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況3.系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)優(yōu)化實(shí)施后系統(tǒng)運(yùn)行情19四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況4.系統(tǒng)聯(lián)動聯(lián)調(diào)試驗(yàn)

優(yōu)化前系統(tǒng)運(yùn)行情況

注水站名稱泵號注水泵型號泵壓管壓排量泵效用電量單耗北十一注1D400-150×1015.314.8978480.48513605.519前置泵2640北Ⅲ-2注1D400-150×1015.615.41002379.22536605.623前置泵2706北十三注4D400-150×1115.815.3932079.97509205.464北Ⅱ-3注5D280-160A×1115.815.4713177.07397005.933前置泵2607北二十注3D300-150×1116.315.5752080.66441605.872北十九注1D400-150×1116.415.8952777.86530605.774前置泵2555北六注4D300-150×1015.314.9755379.87411605.734前置泵2147北十二注3D400-150×1015.114.8878779.56475405.410系統(tǒng)水量:69645m3/d系統(tǒng)用電量:394215kWh/d平均泵效:79.33%管網(wǎng)效率:68.35%系統(tǒng)效率:54.24%泵水單耗:5.660kWh/m3

整套系統(tǒng)優(yōu)化控制各環(huán)節(jié)均完成后,進(jìn)行了全系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行試驗(yàn)。四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況4.系統(tǒng)聯(lián)動聯(lián)調(diào)試驗(yàn)優(yōu)化前系統(tǒng)運(yùn)行情況注20四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況中心站仿真優(yōu)化軟件優(yōu)化結(jié)果四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況中心站仿真優(yōu)化軟件優(yōu)化結(jié)果21四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況4.系統(tǒng)聯(lián)動聯(lián)調(diào)試驗(yàn)

按優(yōu)化參數(shù)實(shí)施后系統(tǒng)運(yùn)行情況注水站名稱泵號注水泵型號泵壓管壓排量泵效用電量單耗北十一注1D400-150×1015.314.9964881.22513605.590前置泵2604北Ⅲ-2注1D400-150×1015.515.3998382.01523205.481前置泵2695北十三注4D400-150×1115.715.2932080.97508005.463北Ⅱ-3注5D280-160A×1115.315.0714277.65385005.727前置泵1928北二十注3D300-150×1115.614.8751880.16437805.823北十九注1D400-150×1115.515.2945278.60483805.397前置泵2633北六注4D300-150×1015.315.3762283.42394805.453前置泵2085北十二注3D400-150×1015.114.8876679.99474205.409系統(tǒng)水量:69688m3/d系統(tǒng)用電量:383985kWh/d平均泵效:80.30%管網(wǎng)效率:70.99%系統(tǒng)效率:56.71%泵水單耗:5.511kWh/m3四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況4.系統(tǒng)聯(lián)動聯(lián)調(diào)試驗(yàn)按優(yōu)化參數(shù)實(shí)施后系統(tǒng)運(yùn)22四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況4.系統(tǒng)聯(lián)動聯(lián)調(diào)試驗(yàn)

由于安裝了5套前置泵變頻調(diào)參系統(tǒng)后,深度水注水系統(tǒng)的運(yùn)行狀況已經(jīng)得到一定程度的改善,通過仿真優(yōu)化軟件的進(jìn)一步計(jì)算優(yōu)化,使注水系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)更趨合理,在保證地質(zhì)開發(fā)數(shù)量的同時(shí),優(yōu)化實(shí)施前后的平均泵效上升0.97%,管網(wǎng)效率上升2.64%,系統(tǒng)效率上升2.47%,泵水單耗下降0.149kWh/m3。四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況4.系統(tǒng)聯(lián)動聯(lián)調(diào)試驗(yàn)由于安裝了23四、現(xiàn)場試驗(yàn)情況5.試驗(yàn)前后系統(tǒng)運(yùn)行情況對比

通過對注水系統(tǒng)管網(wǎng)全局優(yōu)化,運(yùn)行狀態(tài)更加合理,達(dá)到995.2×104kWh年節(jié)電規(guī)模。試驗(yàn)前后系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)對比對比項(xiàng)原運(yùn)行狀態(tài)試驗(yàn)實(shí)施后運(yùn)行狀態(tài)前后對比平均泵效(

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