CN209212220U - 新型油田智能专用高压注水注聚站整体撬装一体化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了新型油田智能专用高压注水注聚站整体撬装一体化装置，包括壳体和注水总成，所述壳体包括外壳，所述外壳的底部设有透气层，所述透气层为中空钢板，所述透气层两端均设有撬装孔，所述外壳与撬装孔同侧设有侧门，所述侧门上连接设有锁紧杆，所述外壳的一侧设有操作门，所述操作门上连接内部锁，所述注水总成包括注水泵，所述注水泵分为两个工作注水泵和一个备用注水泵，注水泵上电连接设有变频机，所述注水总成外部设有设备门。本实用新型与现有技术相比的优点在于：通过项目的实施，达到降低能耗，提高能效，降低运行成本，减少电费支出，延长设备使用寿命，改善环境的目的，同时也为国家节能减排目标的完成做出企业的一份贡献。

Description

新型油田智能专用高压注水注聚站整体撬装一体化装置

技术领域

本实用新型涉及注水泵设备领域，具体是指新型油田智能专用高压注水注聚站整体撬装一体化装置。

背景技术

能源的开发和控制是—个世界性的课题，它直接关系到人类的生存和发展。目前，我国在用电方面正面临着长期性的电力短缺和紧张局面，据世界能源研究报告，中国目前电力缺口很大，节电将成为最后一个国情产业，节电成本是未被控制的最后—项成本。

节电对企业与用户而言最直接的收益就是节省电费开支，降低成本，提高经济效益。目前电费开支已成为许多企业位居第三或第四位的经营性支出，过去企业对电费的控制显得力不从心，交纳电费似乎天经地义。先进节能设备的应用，使电费开支不可控变为可控，为企业开发最后—项成本控制提供了条件。而且由于先进节能设备投资回收期较短，企业由此将得到长期丰厚的节支回报，其次，先进节能设备的投用，也可以延长原有设备寿命，大大减少设备损坏率及其设备更换和维护费用，避免了因设备故障停机而直接影响到停产所造成的巨大损失，同时减少电力扩容的投资，其综合经济效益十分显著。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，对注水泵机组项目改造，更换高效高压柱塞泵，提高能效，降低能耗。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：新型油田智能专用高压注水注聚站整体撬装一体化装置，包括壳体和注水总成，所述壳体包括外壳，所述外壳的底部设有透气层，所述透气层为中空钢板，所述透气层两端均设有撬装孔，所述外壳与撬装孔同侧设有侧门，所述侧门上连接设有锁紧杆，所述外壳的一侧设有操作门，所述操作门上连接内部锁，所述注水总成包括注水泵，所述注水泵分为两个工作注水泵和一个备用注水泵，注水泵上电连接设有变频机，所述注水总成外部设有设备门，所述注水泵为柱塞泵，型号为5SPH880-150/32，注聚泵型号为A6ZY-8/28。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：通过项目的实施，达到降低能耗，提高能效，降低运行成本，减少电费支出，延长设备使用寿命，改善环境的目的，同时也为国家节能减排目标的完成做出企业的一份贡献。

作为改进，所述的变频机为1250kW/660V二极三项异步电机，便于实现恒压变流量调速控制。

附图说明

图1是新型油田智能专用高压注水注聚站整体撬装一体化装置的结构示意图。

如图所示：1、外壳，2、透气层，3、撬装孔，4、侧门，5、锁紧杆，6、操作门，7、内部锁，8、设备门。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。

新型油田智能专用高压注水注聚站整体撬装一体化装置，包括壳体和注水总成，所述壳体包括外壳1，所述外壳1的底部设有透气层2，所述透气层2为中空钢板，所述透气层2两端均设有撬装孔3，所述外壳1与撬装孔3同侧设有侧门4，所述侧门4上连接设有锁紧杆5，所述外壳1的一侧设有操作门6，所述操作门6上连接内部锁7，所述注水总成包括注水泵，所述注水泵分为两个工作注水泵和一个备用注水泵，注水泵上电连接设有变频机，所述注水总成外部设有设备门8，所述注水泵为柱塞泵，型号为 5SPH880-150/32，注聚泵型号为A6ZY-8/28。

所述的变频机为1250kW/660V二极三项异步电机，便于实现恒压变流量调速控制。

本实用新型的工作原理：目前注水泵分二大类，一类为多级离心泵，另一类为高压柱塞泵，各有优缺点。随着国外进口品牌柱塞泵机组大型化产品的出现，基于柱塞泵高效节能的优点，使用进口品牌的大流量高压柱塞泵来取代多级离心泵已经取得了广泛的市场认同。

多级离心泵工作原理是通过叶轮逐级增加液体能量，泵有几级就增加几次，工作压力与转速、叶轮直径和泵的级数成正比；流量与转速和叶轮宽度成正比。如偏离额定工况运行，则实际泵效率远低于泵设计效率。离心泵的排量会受系统压力波动影响，排量需出口调节阀进行调节，从而造成大量的电能浪费。

离心泵易损零部件多，维修费用较高，工作量大，大修需要全部解体，更换叶轮、各级口环、导叶、轴承等部件，转子需要重新校验动平衡，需要专业机修力量。

离心泵优点：运行平稳，适用于大流量、低扬程情况。

离心泵缺点：易出现喘振，单级泵压低、泵效率低、存在出口扬程逐步下降情况。

柱塞泵是依靠柱塞往复运动，不断吸入与排出液体介质，实现对介质的加压输送。排量与转速和柱塞直径及行程有关，压力与所排介质管路特性有关，最高压力取决于泵内在质量和配备的电机功率。柱塞泵在设定频率下排量恒定，不受系统压力波动影响。柱塞泵在正常操作维护下只需要定期更换柱塞填料，柱塞泵的动力端转动部件寿命达25年以上。

柱塞泵优点：结构紧凑、压力高、泵效高、易损件少、操作维修简单

柱塞泵缺点：液体的排出是通过柱塞的往复运动，会导致流体产生脉冲，但是增设出口缓冲罐后可以完全消除脉冲影响。

大庆油田第四采油厂一矿杏十八联注水站注水泵设备运行情况概述大庆油田第四采油厂一矿杏18联注水站新，旧两个注水岗于2006年和1993年建成投入运行，目前注水站日均注水量约13400立方(即550 立方/小时)。注水站共有6台多级离心注水泵，其中4台注水泵设计流量250m3/h，扬程1650米，型号为DF250-150x11。

目前大庆油田杏十八联注水站拥有6台多级离心式注水泵，采用2台运行(1台)250m3/h和1台300m3/h)、4台备用的方式进行注水生产。由于使用年限较长，设备老旧，离心泵已经无法达到其设计数值，现运行的1台DF250多级离心式注水泵每天的总电耗约为40680KW，每天电费约26442元，注水单耗为6.72kw/m3。

目前现场运行使用的离心泵效率偏低，理论上离心泵铭牌效率都在73％，目前实际监测使用效率在 60％左右，影响泵运行效果。

主要有以下几个因素：

1.泵的制造和大修质量不高，使泵运行效率下降。

2.泵不能保持在离效区运行，注水泵外部系统参数与泵性能运行参数不匹配。随着注水开发形式的严峻，注水站供水能力与外网需求越来越不匹配，导致泵的运行效率降低。为实现生产最优化，—方面需要技术人员结合泵特性曲线、注水站所需注水量、压力变化趋势、通过不同型号泵组合运行，对泵压、泵效、单耗等参数进行对比分析，总结注水泵的最佳运行模式。

目前大庆油田第四采油厂一矿杏十八联注水站里的6台注水泵，其中3台注水泵已运行使用10年以上，由于现场因素及维修等问题，这些泵已经达到最大使用寿命，急需更换。

注水泵寿命有两个概念，第—是使用寿命，通常周期较长，—般在10年以上。第二是正常使用寿命，指泵运行过程中易损件的使用寿命及按泵性能指标考核运行的大修期限。影响注水泵寿命的因素主要有水质、材质及加工装配质量。

目前—矿杏十八联注水站现场的6台注水泵，均存在各种使用问题.需要经常停车维修。

特别是其中3台运行使用10年以上的注水泵，内部叶轮及轴承结垢严重，已经无法按照设计流量注水，急需更换新泵，确保注水站的正常运行。

根据现场情况出具了更为优势的技术改造方案，

具体方案如下

1.拆除原有1台DF250注水泵。

2.在原有位置增加1台5SPH880-150/32注水泵。

在改动很小的情况下完成对注水泵的升级改造，提高注水泵设备的使用寿命及满足油田生产注水要求。

根据在杏十八联注水站现场对注水系统的6台多级离心泵现场运行参数进行记录分析，我司认为可以合理进行改造。采用1台5SPH880-150/32柱塞泵(工作流量250m3/h，工作压力16.5MPa)替换现在运行的 1台DF250注水泵，来满足注水站日常的注水量。剩下的国产DF250离心式注水泵备用，以备停车检修工作。

在拆除原有的1台国产多级离心注水泵后新增的1台5SPH880-150/32柱塞泵可以安装在原有的注水泵厂房内，无需再新建厂房来安置新的注水泵。

注水采油是很多油田保持高产稳产的常用措施。原理就是把采油区地层中散布的油集中到油井附近，再提取上来。对于断裂区块油田由于每个区块注水范围相对小，注水量随开采时间的延长地下油层状况的变化，要经常调整。油田注水由于压力高、水量大，注水电机大多是大功率电动机，电动机长期处于高耗能状态运行。而实际上注水泵站在建设时都存在额定流量与实际流量不相匹配的问题。针对以上情况，我们认为采用变频调速装置对油田注水泵用电动机实行变转速调节，实现注水泵变水量控制是一项非常有效的节能措施。

老油田在建厂时很多都建有注水泵站，采用高压注水方式供水，流量的大小和压力的高低采用闸板阀门实现控制。根据工艺要求，不允许长时间小排量运行，否则注水泵会因温度升高造成汽蚀和机件烧毁等问题，因此被迫采用大回流方法降低温升，这样就造成电力的大量消耗，给油田造成了大量的能源损失，增加了企业的生产成本。

在原设计系统工况中，常采用两台注水泵进行系统注水。该工况的注水系统能耗损失主要在控制阀节流上。通过我们的分析，只要通过结合采油工艺所须的配注量，降低水压，减少各洼水井的阀门控制压差，应该能达到节能降耗的目的。

变频供水控制原理

由于注水泵的实际流量肯定小于或等于泵的额定流量，因此有一定的节电潜力。变频供水系统注水泵的注水控制是由变频器通过压力变送器的回馈压力值，与预设在变频器中的压力值进行比较，通过变频器中的PID调节器根据差值进行运算调节，从而控制变频器变频调速运行；同时，变频器的运行参数可以通过变频器所带的通讯接口和通讯协议传输至计算机工作站；在计算机上可以随时检测和控制系统运行压力、电动机转速、输入/输出电压、输入/输出电流等参数，达到系统自动节能运行的目的。

油田作业区供水泵站常共有三台同一型号立式注水泵，二用一备。电动机额定功率1250KW，额定电压6000V，额定电流1400A左右，额定转速2900转/分钟，额定频率50HZ，绝缘等级F级。针对注水泵二台工作一台备用的实际工况进行变频器调速恒压供水改造。

控制过程是：用水量少时由变频器控制1号泵，进行恒压供水控制.当用水量逐渐增加1号泵的工作频率达到接近50HZ时，将其电动机切换成工频电源供电，同时将变频器切换到2号泵上，由2号泵进行补充供水，反之，当用水量逐渐减少，即使2号泵的工作频率已降为下限频率.而供水压力仍偏大时，则关掉1号泵，同时迅速升高2号泵的工作频率.并进行恒压控制.此方案的主要特点是只用一台变频器，此方案取用电功率的计算如下：

假设电机的空载损耗为：10％

泵的额定供水流量：Qn

拖动电动机容量：Pm

每天的平均总供水流量为：160％Qn

1250KW的拖动电动机容量：Pmn＝1250KW，

1号泵为全速，其平均取用功率：Pml＝1250KW

2号泵的平均转速的60％，其平均取用功率：Pm2＝(0.6*1250)KW＝750KW两台泵取用的总平均功率： 1250+750＝2000KW

节电率：20％3.2如果假设每天的平均总供水流量为140％Qn，其他工况不变，我们再测算此种情况的电耗量：

1号泵为全速，其平均取用功率为Pml＝Pm＝1250KW

2号的平均转速的40％，其平均取用功率为Pm2＝(0.4*1250)KW＝500KW

两台泵取用的总平均功率为1250+500＝1750KW

节电率：30％

根据实际工况要求和最佳设备配置确立如下改造方案：

1.将泵站中用于调速的电机更换为1250kW/660V二极三项异步电机，便于；现恒压变流量调速控制；

2.加装EI-1400K-3H变频调速器；

3.控制系统配置变电及自动稳压装置；

4.恒压变流量调速控制装置；

5.整套系统集于一座移动撬装(12*4.5*2.8m)。

三.该方案与原有控制系统的比较

采用变频调速方式，全部自动化远程控制全封闭无人操作，其操作方便，无须手动调节进水阀门，极大的减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率。

启动噪音低，在启动过程中电机从低频开始缓慢加速，经20秒后达到设定频率，由于启动电流很小，减小了对电网的冲击，保护了用电设备，延长了电动机的使用寿命，提高了电机的效率，节约维修成本。

系统采用一拖一或一拖二控制方式，采用压力变送器反馈电流信号(4-20mA)至变频器中央处理器 (CPU)，经PID控制组成闭环控制系统。其输出频率的大小由作用处理器控制，使电机的转速自动增加或降低；保持工作水压恒定。

这样不但减小了电动机的无功功率，而且提高了水泵的工作效率，节约了能源。

普通的工频控制方式(原有的控制方式)则不能实现这样的目的，其启动和停止需要人工操作，还需要调节进水的阀门开关来满足工况要求，即费时又费力，且容易出现人为因素操作失误，造成不必要的损失。工频运行控制方式的电机的转速是不可调节的，并且启动电流大，当供水压力超过所需的压力值时需人工调节进水阀门的大小来满足供水压力。这时电机仍以满负荷运行，多余的功率就消耗在阀门上，能源浪费很大。

通过对以上实际工况的分析，采用变频调速的方式完全能满足生产的需要，使得注水泵既可大流量，也可小流量，既可高压力，也可低压力运行。利用压力闭环或流量闭环控制注水的压力或流量，在注入站工况改变时，变频器可以使注水泵自动调节注水压力或流量。此时，泵的出口阀门全开，使泵的压差减至为零。这样，即节约了电能，又减少了阀门的维护量与此同时还提高了系统的自动化水平，降低了系统的噪音，改善了工作的环境，减轻了工人的劳动强度。因此采用变频调速来获得实际需要的水流量，不但节约了电能，提高系统自动化运行程度；变频器自动根据需求量调节转速，而且平滑稳定，减少了人员的劳动强度；水泵的运行参数得以改进，系统效率大为提高。

以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.新型油田智能专用高压注水注聚站整体撬装一体化装置，包括壳体和注水总成，其特征在于：所述壳体包括外壳(1)，所述外壳(1)的底部设有透气层(2)，所述透气层(2)为中空钢板，所述透气层(2)两端均设有撬装孔(3)，所述外壳(1)与撬装孔(3)同侧设有侧门(4)，所述侧门(4)上连接设有锁紧杆(5)，所述外壳(1)的一侧设有操作门(6)，所述操作门(6)上连接内部锁(7)，所述注水总成包括注水泵，所述注水泵分为两个工作注水泵和一个备用注水泵，注水泵上电连接设有变频机，所述注水总成外部设有设备门(8)，所述注水泵为柱塞泵，型号为5SPH880-150/32。

2.根据权利要求1所述的新型油田智能专用高压注水注聚站整体撬装一体化装置，其特征在于：所述的变频机为1250kW/660V二极三项异步电机，便于实现恒压变流量调速控制。