1 引言
辽河油田油气集输公司是以输油为主、以“输油、输气、轻烃”为三大主营业务的生产单位,年原油外输量1 000万吨以上,天然气外供量约6.7亿立方米,轻烃产量10万吨。其主要用电大户有10个输油泵站以及天然气压缩车间、200万轻烃厂等。长距离管道的输油、输气主要采用功率较大的输油泵和天然气压缩机。该公司现有32台6 kV高压电动机,单机功率普遍在500 kW以上,主要分布在原油输送系统中,这些大中型转动设备用电量占其总用电量的85%以上。几年来,该公司稳步推进节电工程,结合“创新管理年”活动,在公司内广泛开展“节电降本增效”活动,在有力保证电力系统安全运行的同时,用电量连年下降,提高了油气集输系统的效率,节电工作取得了显著成效。
2集输系统电能浪费的主要原因
对于油气集输行业来说,电力费用是财务成本的重要组成部分。影响集输系统用电量的因素很多,在油品品质、工艺流程及外输参数相对确定的情况下,管网效率和输送设备效率是众多因素中最直接和至关重要的部分。通过运行分析和现场测试,可知造成辽河油田油气集输系统用电量长年居高不下的重要原因是输油泵出口节流损耗严重、设备老化和泵效率低下。
多数情况下,随着采油厂产量、油品参数、管道状况、用户需量等多种因素的变化,输油量计划要经常进行调整,各泵站工艺参数(压力、流量等)也随着变化。目前,所采用的是输油泵并联输送方式,在长输管线泵站选取输油泵参数时,要考虑在油品变化、越站输送等多种特殊情况下的管道输送安全性和输油泵的输送能力。通常输油泵参数选取偏大,有时与多数时间内实际运行参数相差很大。在恒转速电机拖动下,传统的离心式输油泵只能调节出口阀门,通过改变管路特性调节泵的外输流量和压力。一方面,由于阀门的严重节流作用,会增大系统的无用做功;另一方面,工况的改变经常使输油泵工作点偏离高效区,降低泵的运行效率。两种情况都会浪费大量的电能,因此,需要一种或多种有效的途径来解决电能浪费的现状。
3几种节电方法的探讨和成功实践
针对该公司集输系统工艺及生产设备特点,节电工作的重点就在高压电动机拖动的大功率输油泵的节电上。为此,几年来先后调研论证和实施了一批通过输油泵无级调速、改进泵参数和提高泵效率来节电的项目。
3.1实现输油泵的无级调速
经过多年调研和实践,该公司现已形成了高压变频调速(6 kV)、低压变频调速(400～ 690 V)改造、高压内反馈串级调速等系列化的高压大中功率电动机调速节电方案,适用解决不同容量、不同投资规模和不同场合需求的调速节电需求,并在各种方案实践中都取得了满意的效果。
2001年,该公司大胆尝试选用了投资少的内反馈串级调速装置,以风险投资的方式在公司内首次实现了高压电动机的无级调速。高压内反馈串级调速系统是在普通意义的串级调速系统(外反馈)上对一般绕线式电动机进行改造而发展起来的一种调速方式,是在国家标准系列绕线型感应电动机的定子上增加一套三相对称绕组(调节绕组),调速原理属绕线型感应电动机转子串附加电势进行调速的理论范畴。该附加电势就是由调节绕组从主绕组感应过来的电势所提供的,通过变流系统将该电势串入电机的转子绕组,改变其串入电势的大小即可实现调速。
整套装置去掉了反馈变压器,占地和投资进一步减少。该装置适合调速范围不宽的高压电动机调速需要,满足多数集输场合风机和离心泵类负载对高压电动机调速的需求。
坨子里泵站、高力房泵站先后在2001年和2002年安装高压内反馈串级调速装置,节电效果明显。高力房泵站4# 680 kW输油泵调速后,在排量相同、出站压力相同情况下,输油泵出口压力由在未安装调速装置前的4.7 MPa下降到2.3 Mpa,日用电量由原来每日2.0万千瓦时下降到目前1.2万千瓦时,投运后半年节电140万千瓦时,通过节电收回全部投资。同时,公司全体员工通过实践看到了大功率输油泵节电的巨大潜力。
在总结高压电动机实施内反馈串级调速的基础上, 2003年及2004年,该公司又相继对曙光泵站、凌海泵站和坨子里泵站三个主要输油泵站的重点输油设备实施高压变频调速改造。高压变频调速装置的选用和实施是该公司经过长达两年的考察、论证和方案比选后取得的一致意见;由于整套装置价格昂贵,因而在方案论证和安装场合等环节上慎之又慎。曙光泵站1#泵和凌海泵站4#泵拖动电动机都为850 kW 6 kV电动机。在调速装置相继投运后,不仅用电量大大降低,还减少了设备磨损、延长了电动机和输油泵的使用寿命,方便了岗位运行人员的日常操作。曙光首站1# D450离心式输油泵调速后与处于满负荷的2#螺杆输油泵配合并联输送,使得该泵站在各种条件下都可处于理想的节电状态; 1#输油泵月用电量由原来的平均60万千瓦时以上下降到目前的不足40万千瓦时,节电率超过33%,与项目论证情况相符。两年来的实际应用表明,经调速后的大型输油设备平均每台因克服节流损失带来的年节电量超过200万千瓦时,对公司的用电量负增长做出了突出贡献。
2005年,针对松山泵站一台用于分输石油六厂的450 kW高压电机拖动的输油泵的运行工况,根据该输油泵容量较小、输油量变化大、要求调速范围宽、可靠性要求高的特点,有针对性地提出一种新的解决方案。把原来已使用20多年的6 kV JS型低效高压电动机更换为690 V变频电动机,同时采用690 V变频装置进行调速控制。
该方案具有变频调速优势的同时,比6 kV“高-高”变频设备方案相比,大大降低了投资,具有更高的性价比。该项目于当年9月中旬投运,平均每日可节电3 500 kWh,单机节电率28%,取得了理想的成果。
3.2推广使用大功率螺杆泵
合理选用符合现场生产实际的高效率大功率输油泵一直以来是该公司研究和探讨的课题。螺杆泵作为一种容积泵不仅结构紧凑、运行平稳、使用寿命长,关键的是其超过80%的额定效率更是一般大功率离心输油泵不可比拟的。同时,螺杆泵的排量基本不随压力的增减而变化,更符合集输系统工艺的要求。在实际应用中,多处采用螺杆泵替换老式低效输油泵,通过螺杆泵和经调速的离心泵并联运行,螺杆泵工作在满负荷高效状态,靠调速后的离心泵调节流量方法,取得了较大的成效。
在2002年曙光首站成功试用轴功率近500 kW的SNGH5400大功率三螺杆输油泵的基础上, 2003年在松山泵站、凌海泵站推广安装SNGH9400,SNGH7400螺杆泵。松山泵站螺杆泵投运后经测试,泵效由原来200D离心泵的不足60%上升到80%,输油单耗从原来的2.2 kWh t降为1.5 kWh t,年节电超过180万千瓦时。凌海泵站螺杆泵通过与经调速的1#离心输油泵配合并联使用,在单耗明显下降的同时,方便实现利用峰谷平节约电费目的,月节电可达15万千瓦时。
3.3提高离心输油泵的运行效率
坨子里泵站2#泵由原来的200D-65＊ 8改为DAY380-380,由于新输油泵根据现场需求增大了单泵排量,降低了扬程,同时提高了泵效,原来由两台200D输油泵完成的输油任务在常规情况下一台泵可独立完成,少开一台680 kW电动机,每月可节电22万千瓦时。同时,高力房、小龙湾等泵站近年来相继更换了高效输油泵替代原来的低效油泵,加快了设备更新改造速度。由于新泵的各种参数的选择与现场几年来运行数据结合更紧密,更加符合目前的生产工艺要求,改善了原来离心泵出口阀门节流显著的浪费现象,大大提高了泵的效率,节电效果显著。此外,采用了高扬程多段泵减级运行、调整叶轮流道等多种方式,都取得了一定的节电效果。
4结语
辽河油田油气集输公司经过几年来的技术更新和设备改造,通过使用螺杆泵、提高输油泵的效率和通过不同技术手段实现重要输油泵的无级调速等措施,节电工作取得了长足的进步,在输油、输气、轻烃生产任务基本稳定的前提下,公司用电量连续两年呈现大幅度负增长,从2002年的7 900万千瓦时,下降到2003年的7 250万千瓦时, 2004年又下降到6 003万千瓦时,两年内用电总量下降幅度达24%,生产单耗减少22%,达到了节能挖潜、降本增效的目的。
参考文献
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