石油化工行业是国民经济发展的基础行业,同时也是耗能大户,其主要生产工艺都是通过各种泵、空气压缩机来完成。目前,这些油泵、水泵和空气压缩机大都处于电动机驱动恒速运转状态,如将占绝对多数的非调速型电机改成调速运行,使其耗电量实现随负荷大小而变化,则可节约大量能源,将产生显著的节能效果。现代电力电子技术、交流调速技术的发展使得交流电动机变频调速在频率范围、动态响应、精度要求和使用效果等方面发生了巨大的飞跃。据不完全统计,各大中型石化企业中,鼠笼式异步电动机占整个电动机总容量的80%,因此,它为交流调速技术在石化行业中的应用提供了广阔的发展空间。
变频器在游梁式抽油机上的应用
游梁式抽油机使用方便、可靠、经济,是目前采油生产中的主要设备。为了减小抽油机上下冲程负荷的波动,一般都配有平衡块。抽油机电机的负荷是一周期性脉动负荷,并迭加有瞬间的冲击。抽油机电机的负荷曲线上有两个峰值,分别为抽油机上下冲程的“死点”。抽油机自由停车后再启动时,总是从死点处启动,因此抽油机电机要求启动转矩大。为了保证足够大的启动转矩,抽油机电机正常运行时负荷率很低,一般在20%左右,负荷率高的也不过30%。低负荷率运行造成功率因数低,效率低,电能浪费大。因此,在设计选配抽油机电机时,普遍的做法是令其抽取量大于实际负荷。它所带来的新问题是当抽油机排量过剩时,抽油机的运行会出现无功抽取,出现空抽或泵空状态,伴随泵空还会产生井喷、气锁等事故,而井喷、气锁又是导致钻具组、泵装置甚至地面设备损坏的主要原因。另外,由于过度的不间断运行,机械设备的损耗也相应上升,造成传统抽油机成本高,噪音大,运行可靠性低。有效控制泵空是亟待研究的课题。抽油机是油田耗能大户,用电量约占油田总用电量的40%,其总体效率很低,据调查一般在30%左右,过剩的抽油能力令抽油机的无功抽取时间增加,造成油井开采的电费成本居高不下,能源浪费十分严重。因此,抽油机的节能潜力非常可观。
近年来,市场上直接针对抽油机的节电技术主要有两大类:一是开发不同类型的抽油机节能电机,如超高转差率电动机、三相永磁同步电机、高启动转矩双定子结构电机和电磁调速电机等。但由于资金投入太大,在许多油田用节能电机取代普通异步电机尚无法全面推广。二是使用节能配电箱,其中包括定子绕组Y-Δ转换调压和电容器动态无功补偿及静态无功补偿等。采用改变定子绕组的接法可以改变电机电压,但电机只能得到固定电压,节电效果并不理想。虽然有些装置采用双向晶闸管实现定子电压随负载变化连续调节,节电效果较好,但是电源电流波形发生畸变,电网谐波污染严重,不宜大面积长期使用。而采用变频调速控制,则可以改变抽油机长期处于低效做功的状态,使其工作方式与油井实际负荷相匹配,保证每次都抽油,减少低效甚至无效抽取,从而降低电费开支,减少维护成本,提高运行效率。
胜利油田孤东采油厂采用了加能IPC-PMD抽油机变频调速技术对稠油井实施改造,油井泵效显著提高,日均增油2.1t,节电率达30%以上,且上、下冲程速度可任意调整,减轻了工人的劳动强度。其经济效益通过对15口井的跟踪,用加权平均法计算出单井年效益如下:
(1) 增产及减少电耗费用 增产,50.4万元,节电0.61万元,合计,51.01万元。
(2) 投资 设备及土建安装费等共计9.43万元。
(3) 设备维护及折旧费1.36万元/年。
(4) 税金8.56万元/年。
(5) 利润41.08万元/年。
(6) 投资回收时间=投资/(利润+税金)=70天
加能IPC-PMD 变频回馈一体机正越来越广泛的深入到各行各业中。它的节能、省力、易于构成自控系统的显著优势,必将成为电力拖动的中枢设备。应用变频调速技术也是企业改造挖潜、增加企业效益的一条有效途径。尤其是在石油及化工行业中高能耗、低产出的设备较多,采用加能IPC-PMD 变频回馈一体机将使企业获得巨大的经济利益,同时这也是国民经济可持续发展的需要。