泵管壓差超高造成系統(tǒng)效率低的解決方法

節(jié)能組xx節(jié)能組xx泵管壓差超高造成系統(tǒng)效率過(guò)低的解決方法宋保利郝慶亮解先民大慶油田第一采油廠2007年12月泵管壓差超高造成系統(tǒng)效率過(guò)低的解決方法宋保利郝慶亮解先民第一采油廠第六油礦摘要聚中八聚聚中八注水站自2000年投產(chǎn)以來(lái)，給121﹑丁5兩個(gè)二次加密井排及308﹑609兩個(gè)注入站供水。當(dāng)前運(yùn)行現(xiàn)狀為泵出口壓力在16.1MPa以上，管壓在15.2MPa，泵管壓差超過(guò)0.9MPa，系統(tǒng)效率只有65.7%，嚴(yán)重超過(guò)生產(chǎn)管理指標(biāo)規(guī)定的泵管壓差≤0.5MPa。由于泵管壓差過(guò)大，系統(tǒng)效率低，一方面使設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)受到影響，設(shè)備的潛能沒(méi)有充分地發(fā)揮，從而造成電能和效率的極大浪費(fèi)。針對(duì)此問(wèn)題，我們對(duì)注水泵進(jìn)了減級(jí)處理，提高了設(shè)備有效利用率，節(jié)約了電能，從而提高了注水系統(tǒng)效率，有效地降低了泵管壓差。主題詞泵管壓差超高問(wèn)題根本概況六礦聚中八注水站位于薩爾圖西北側(cè)，1999年建站，全站共有D〔F〕400-150X10泵兩臺(tái)，D〔F〕250-150X10泵一臺(tái)，D〔F〕100-150X11泵一臺(tái)，共4臺(tái)高壓注水設(shè)備，相應(yīng)的配套YK2240-2/990電機(jī)兩臺(tái)，YKOS1800-2電機(jī)一臺(tái)，YK800-2/990一臺(tái)，負(fù)責(zé)薩葡區(qū)的121、丁5兩個(gè)二次加密井排和中609、中304、中308三個(gè)注入站的注水任務(wù)。設(shè)計(jì)規(guī)模2.52×104m3/d?，F(xiàn)在現(xiàn)狀分析1、聚中八注水站目前負(fù)責(zé)二次加密及兩個(gè)注入站外輸?shù)?、2號(hào)機(jī)組的D〔F〕400-150X10型注水泵，泵額定揚(yáng)程為1490M，額定流量為400M3/H，軸功率為2000KW，泵效為81%。YK2240-2/990型電機(jī)額定電流為240A，額定功率為2240KW，4號(hào)泵是D〔F〕100-150X11，額定揚(yáng)程為1629M，額定流量為100M3/H，軸功率為612KW，泵效為66%。YK800-2/990型電機(jī)額定電流為87A，額定功率為800KW，通過(guò)電機(jī)和泵的參數(shù)比照發(fā)現(xiàn)，在正常運(yùn)行中保證不憋壓的情況下以電機(jī)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)為準(zhǔn)，也就是說(shuō)電機(jī)在額定電流不超過(guò)240A的狀態(tài)下工作，注水泵的泵壓和管壓應(yīng)不大于0.5MPa為佳，實(shí)際工作中的泵壓是16.1MPa，井排壓力15.2MPa，電機(jī)正常運(yùn)行已到達(dá)額定電流240A而注水泵明顯是憋壓運(yùn)行的，沒(méi)有在最正確狀態(tài)下工作，因此離心泵沒(méi)有更好的發(fā)揮其功能，反而造成了設(shè)備效率的損耗，例如：2號(hào)機(jī)組自投產(chǎn)后，作為清水和污水的雙用泵，一開(kāi)始主要負(fù)責(zé)供應(yīng)注入站清水的外輸任務(wù)，注清水時(shí)因?yàn)槭仟?dú)立管網(wǎng)注水，設(shè)備憋壓運(yùn)行，以至于不能發(fā)揮出離心泵效能，現(xiàn)在注污水時(shí)雖然電機(jī)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，但也達(dá)不到額定泵效〔額定泵效是81%〕，實(shí)際泵效只能到達(dá)76.71%，這就是憋壓運(yùn)行給設(shè)備造成的嚴(yán)重2、從系統(tǒng)效率公式上看：η系統(tǒng)=η泵×η電機(jī)×η管網(wǎng)。系統(tǒng)效率與注水泵效率、電機(jī)效率、管網(wǎng)效率有著密切的關(guān)系，注水泵效率、電機(jī)效率、管網(wǎng)效率的上下直接影響著注水系統(tǒng)效率的上下。而在離心泵轉(zhuǎn)換能量過(guò)程中，不是所有的機(jī)械能都成為有效功，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不可防止地會(huì)有各種能量損失。因此，要提高泵效，做到合理地使用離心泵，應(yīng)將離心泵水力損失、機(jī)械損失、容積損失減少到最小。水力損失主要發(fā)生在吸液室、葉輪流道、導(dǎo)葉和泵殼中，有阻力損失和沖擊損失兩種。當(dāng)泵憋壓時(shí)，由于流體和各局部流道壁面摩擦而產(chǎn)生的摩擦損失以及因流道斷面擴(kuò)散而引起的局部損失的加大和流體進(jìn)入葉輪導(dǎo)葉時(shí)，與葉片發(fā)生沖擊而引起的能量損失的增加，影響了泵效率和管網(wǎng)效率，從而影響了泵的系統(tǒng)效率；而泵憋壓還引起容積損失，主要是由于高壓液體在泵內(nèi)竄流和向泵外漏失引起的，一局部高壓液體經(jīng)葉輪與泵殼密封環(huán)之間的間隙，竄向進(jìn)口低壓區(qū)，以及局部液體經(jīng)軸與泵殼的軸密封裝外置外漏，從而使實(shí)際流量降低。泵內(nèi)竄流造成的容積損失的加大，同時(shí)也造成密封環(huán)等密封裝置的損壞，降低了零部件的使用壽命，也降低了泵、管網(wǎng)和系統(tǒng)效率；泵的憋壓運(yùn)行，還造成葉輪蓋板兩側(cè)面與液體之間的損失以及泵軸在密封裝置、軸承等機(jī)件間旋轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦損失，也是影響泵的效率和其他效率的重要因素之一。注水泵的憋壓運(yùn)行造成注水泵的機(jī)械、容積和水力損失增大，使泵管壓差過(guò)大，造成了注水泵管網(wǎng)效率的降低，從而影響了系統(tǒng)效率。3、泵管壓差過(guò)大通過(guò)軸功率比照看的會(huì)更清楚，這臺(tái)機(jī)組的電機(jī)功率是2240KW，而注水泵的軸功率是2000KW，根據(jù)設(shè)備的管理規(guī)定，注水電機(jī)的功率應(yīng)是注水泵功率的1.2-1.4倍，而我站的電機(jī)功率只是泵功率的1.12倍，還沒(méi)有到達(dá)設(shè)備要求的最低限，完全是典型的小馬拉大車(chē)的情況，造成設(shè)備匹配不合理的現(xiàn)象。三、泵管壓差過(guò)大的處理方法通過(guò)運(yùn)行中的數(shù)據(jù)分析以及設(shè)備性能參數(shù)和對(duì)注水壓力分析，我們建議：1、對(duì)高壓注水泵進(jìn)行減級(jí)注水泵是多級(jí)式離心泵，實(shí)質(zhì)上同多臺(tái)單級(jí)離心泵串聯(lián)起來(lái)運(yùn)行一樣，減去一級(jí)或兩級(jí)照?？梢赃\(yùn)行?？梢杂谜{(diào)整葉輪級(jí)數(shù)的方法，來(lái)調(diào)整離心泵的壓力和排量。減級(jí)的條件主要視泵站運(yùn)行時(shí)的泵管壓差而定。在電機(jī)滿(mǎn)載情況下，泵管壓差為單級(jí)葉輪壓力的1.1-1.2倍，就可以減去一級(jí)；2.2倍以上可以減去兩級(jí)。我站的泵管壓差在0.9MPa，按照規(guī)定可減去一級(jí)，一般減級(jí)的部位在首級(jí)、次級(jí)和末級(jí)。減首級(jí)、次級(jí)都需要另外加工或改制導(dǎo)流裝置，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用不多。減末級(jí)是比擬方便的。注水泵減級(jí)后參數(shù)會(huì)有所變化，泵效稍有降低，但很小，其額定泵壓下降，根本上是原額定泵壓減去平均單級(jí)葉輪的壓力值；其額定排量與相對(duì)的額定泵壓下的排量相同，軸功率也降低。由此可見(jiàn)，減級(jí)對(duì)泵管壓差的影響是很大的，減級(jí)后，設(shè)備參數(shù)變化最大的就是泵壓，其他參數(shù)影響不大，因此這種方法是比擬可取的。減級(jí)前后電機(jī)、注水泵的主要參數(shù)比照表類(lèi)別排量〔M3/H〕揚(yáng)程〔M〕電機(jī)軸功〔KW〕注水泵功率〔KW〕泵效率〔%〕系統(tǒng)效率〔%〕減級(jí)前38716102251225176.5165.7減級(jí)后38514801782178281.17682、對(duì)注水泵的葉輪進(jìn)行切削切割葉輪直徑就是將泵的葉輪在車(chē)床上車(chē)小，從而改變水泵的性能和性能曲線(xiàn)來(lái)到達(dá)調(diào)節(jié)泵管壓差的目的。泵葉輪切小后，泵的各項(xiàng)性能也會(huì)按照一定規(guī)律變化，葉輪切割公式為：Q前/Q后=D前/D后；H前/H后=〔D前/D后〕2；N前/N后=〔D前/D后〕3；D前：切割前泵葉輪的直徑；D后：切割后泵葉輪的直徑；Q前：切割前泵的流量；Q后：切割后泵流量；H前：切割前泵的揚(yáng)程；H后；切割后泵的揚(yáng)程；N前；切割前泵軸功率；N后；切割后泵的軸功率。水泵切割后，效率不變或有的下降，但下降不多，假設(shè)切割太多時(shí)，效率會(huì)下降得很多，這樣就不合理了，因此泵葉輪外徑最大允許切割量如下表：聚中八注1、2號(hào)注水泵現(xiàn)運(yùn)行揚(yáng)程為1610M，而需要的揚(yáng)程為1500M，我們?nèi)绻氲玫竭@個(gè)揚(yáng)程，根據(jù)上述公式H前/H后=〔D前/D后〕2計(jì)算可知，葉輪需要切削7MM可得到3、更換注水電機(jī)現(xiàn)注水電機(jī)容量為2240KW，額定電流為240A，注水泵軸功率是2000KW，根據(jù)設(shè)備的管理規(guī)定，注水電機(jī)的功率應(yīng)是注水泵功率的1.2-1.4倍，D〔F〕400-150X10型泵應(yīng)配備容量為2500-2800KW的電機(jī)，才能發(fā)揮該注水泵的效能。而在這個(gè)電機(jī)容量范圍內(nèi)應(yīng)使用2500KW的電機(jī)，因此建議更換相匹配的電機(jī)。根據(jù)多年在注水站的工作經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)其它站的資料數(shù)據(jù)的采集和分析，發(fā)現(xiàn)YK2240-2/990型電機(jī)額定電流為240A，比擬適合與D300型的泵匹配，D300的泵軸功率為1849KW，電機(jī)的功率是泵軸功率的1.21倍，平安符合注水電機(jī)和泵的匹配要求，能夠充分的發(fā)揮注水泵的效能，不會(huì)造成效率的浪費(fèi)。也可以選用YK2240-2/990型電機(jī)，但電機(jī)額定電流應(yīng)為255A。四、方案實(shí)施產(chǎn)生效益估算及投入費(fèi)用針對(duì)聚中八注水站現(xiàn)狀調(diào)查情況分析，我們選用了對(duì)高壓注水泵減級(jí)的處理方案。在2007年3月26日和3月27日分別對(duì)2號(hào)注水泵和4號(hào)注水泵進(jìn)行了減級(jí)。2號(hào)注水泵是DF400-150*10型泵，設(shè)計(jì)揚(yáng)程1490米，流量400M3/H，軸功率2000千瓦，泵效81%，該泵投產(chǎn)后，電機(jī)在滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)下〔該泵的配套功率為2240千瓦〕運(yùn)轉(zhuǎn)，泵壓為16.1MPa，管壓15.2MPa，泵管壓差0.9MPa，超過(guò)公司要求泵管壓差不大于0.5MPa的規(guī)定，而此時(shí)的泵效最高才能到達(dá)76.71%，低于設(shè)計(jì)泵效近5個(gè)百分點(diǎn)，流量在387M3/H，單耗5.83KWh/M3通過(guò)上表可以看出：2號(hào)機(jī)組在保持原有流量的根底上，降低了泵壓、泵管壓差，使之在合理范圍內(nèi)，泵效上升了近5個(gè)百分點(diǎn)，注水泵性能明顯提高，單耗和耗電量大幅度降低，減級(jí)后的電能比減級(jí)前每小時(shí)降低了469KW，全天節(jié)約電量11256KW，一年下來(lái)就可節(jié)省411萬(wàn)度電，折合人民幣246.5萬(wàn)元。2005年底，因生產(chǎn)需要，原來(lái)使用清水的中609、308、304三個(gè)注入站的其中兩個(gè)注入站轉(zhuǎn)注污水，只有中304注入站和一個(gè)新投建的新兩三結(jié)合實(shí)驗(yàn)站用清水，造成清水用量銳減，原來(lái)注清水的3號(hào)和4號(hào)DF250-150*10型泵如果再注清水，泵的生產(chǎn)能力過(guò)大促使注水泵處于憋壓狀態(tài)下運(yùn)行，同時(shí)造成資源浪費(fèi)。在這種情況下對(duì)4號(hào)機(jī)組進(jìn)行了換型改造，把原來(lái)的D250型泵改成了DF100-150*11型泵，并在2005年10月投入生產(chǎn)運(yùn)行，該泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程1629米，流量100M3/H，軸功率612KW，泵效66%，在投入運(yùn)行后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的數(shù)據(jù)跟蹤，發(fā)現(xiàn)該注水泵存在著單耗、泵壓超高，泵管壓差過(guò)大，流量上不能滿(mǎn)足注入站的需求的缺點(diǎn)。為解決注入站的生產(chǎn)需求，廠里決定仍用3號(hào)D250型注水泵為注入站供水，為減輕設(shè)備憋壓對(duì)注水泵的損害，決定將一局部清水通過(guò)高壓加流向清水罐泄壓，這種措施雖然為保證了注入站的正常用水，也節(jié)約了清水，但造成了電量和能量的通過(guò)4號(hào)機(jī)組減級(jí)前后的情況來(lái)看，泵效從原來(lái)的71.66%提高到72.31%，流量在電機(jī)滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)有所提高，泵壓、泵管壓差、單耗、耗電量明顯下降，一年可節(jié)約電能59萬(wàn)度，折合人民幣35.4萬(wàn)元，4號(hào)機(jī)組與3號(hào)機(jī)組相比擬，就更可以看出4號(hào)機(jī)組減級(jí)后帶來(lái)的諸多優(yōu)勢(shì)，4號(hào)機(jī)組減級(jí)后，各方面參數(shù)都能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，泵管壓差在規(guī)定范圍內(nèi)，而3號(hào)機(jī)組輸送清水，將有近一半的能量白白消耗，每天浪費(fèi)的電能就是15120KW，由于憋壓運(yùn)行，影響注水泵的性能，泵效也只有65.17%，嚴(yán)重影響了3號(hào)注水泵的使用壽命。五、方案實(shí)施所需費(fèi)用廠每臺(tái)泵減級(jí)給機(jī)泵廠費(fèi)用5萬(wàn)元。六、現(xiàn)在我們通過(guò)兩臺(tái)注水泵減級(jí)的比照，有以下幾點(diǎn)