输油泵节能改造技术研究

摘要：随着社会经济的发展，石油化工业作为国家支柱产业发展迅猛，输油泵的节能改造也成为研究热点。本文重点探讨了输油泵节能改造技术，并且深入讨论了节能改造技术的应用效果。

关键词：输油泵 节能改造 技术研究

输油泵不但是油田开发过程中保障原油集输的关键设备，而且是油田主要的耗能设备。所以完善输油泵的运行调速，减少节流损失，降低泵管压差是节能改造输油泵的关键环节。

一、水力设计

1.双极输油泵设计

田双级输油泵根据现场实际运行工况，取改型泵设计参数为：流量a=160 nl /h；扬程H=100 nl；泵效率E=66%。计算泵的比转数：

Ns=3.65*n*√Q/H0.75=112.4[3]

式中：N――泵级数，Q――设计流量，m3/h，H――设计扬程

最终计算的出：叶轮出口宽度b2=19mm（原型b2=9.5mm），叶轮外 径=220mm（原型外径=307mm）

根据含水原油粘度v=2*10-5m2/s。

按清水设计的泵轴功率为：

Pa=QH/E=70.5kW

小于原型的泵轴功率107.2KW，输送原油使泵轴功率为：

Pa=Pa/ KH KQ KE

式中：Pa――泵轴功率，kW；KH――扬程修正系数；KQ――流量修正系数；KE――泵效修正技术

2.多级输油泵设计

取改泵型设计参数为：

Q=85m3/h H=75*9=675m

改泵型比原泵型扬程提高了大约12%，流量相同，如果要使电机不超载，可以算出泵必须达到的效率为：

E≥QH/NeEe=156.25/250*0.97

式中：Ne――电机额定功率，kW Ee――电机效率，%

根据已知条件，由上述公式计算出泵的比转数Ns=65.5

最终计算得出：叶轮外径=250mm（原型=235mm），叶轮外口宽度=12mm（原型b2=13.5mm）

二、高压变频调速系统的选择

目前，6KV高压变频调速系统正处在技术发展的阶段，其原理都是通过“交一直一交”的逆变过程，改变电机定子电压频率达到改变电机转速的效果。高压电机调速方式在技术实现途径上可以分为“IGBT直接串联”、“高一高”、“高一低一高”等方式。其中“高一低一高”方式需要多一级升压变压器，系统效率相对较低，设备结构庞大，已经被落后淘汰。“高一高“方式采用6KV电压输入，6KV输出不需要升压变压器，系统效率相对比较高，该形式变频调速系统被较多使用。“IGBT直接串联”型变频器采用的是1700V高压IGBT原件，其占地空间小，元件数量少，但是因为IGBT元件采用直接串联的方式，从技术性能上说并不成熟，技术上具有风险性。

三、应用效果

将进行节能改造后的输油泵在某地油田投入试用，观察节能改造后的效果，油库2#输油泵机组变频调速系统投运成功，两个月试运行之后，取得明显的节能效果，在三泵并联运行、双泵并联运行、单泵运行等不同的工况下，对比数据分别如下

注：①数据都是按当月同种工况下统计出的数据平均值；②多泵并联运行下，单泵排量没有分支计量装置，因为其额定排量相同，所以排量按当天输量/24h/运行台数计算出结果。

油库输油泵在三泵并联、双泵并联单泵几种匹配运行模式下，泵出口阀前后约平均有0.4Mpa 、0.7Mpa、1.2Mpa、的节流损失。泵出口阀门前后，三种情况下（三泵并联、双泵并联、单泵）由于泵出口阀节流而产生的节流损失为：

N损i=0.278P损iQi

式中： N损i：不同工况下的阀门节流损失功率，KW

P损i：不同工况下的阀门节流损失压力，Mpa

Qi：不同工况下单泵的排量，m3/h

N损1=0.278×1.2×750=250KW 250KW/630KW=39.7%

N损2=0.278×0.7×700=136KW 36KW/630KW×100%=21.6%

N损3=0.278×0.4×640=71KW 71KW/630KW×100%=11.3%

由计算可知，单泵、双泵并联、三泵并联三种情况下，因为输油泵出口阀门产生节流损失分别占其额定功率的39.7%、21.6%、11.3%。

可以看出，能源的浪费十分惊人。所以，有必要在输油泵机组上采用变频调速技术，达到依据澡同的运行情况，通过变频运行满足运行工况需要，把泵出口阀全部打开，避免造成泵出口阀的节流损失。

四、结论

因为采用了变频系统，延长了输油泵的保养维护周期，输减少了启动过程中的冲击 ，变频后与原来相比机组在较低转速下运行， 泵轴、轴承的磨损程度减少。以轴承为例，变频前2# 泵正常运转时轴承温度为85℃～90℃ ，而变频运行时轴承温度仅为60℃～65℃ ， 大大延长了输油泵的轴承、机械密封等易损件的寿命， 同时运行时噪音降低， 除取得显著的直接经济效益外， 还具有较好的间接社会效益。

参考文献

[1]刘殿魁.离心泵内具有射流一一尾迹模型的三元流动计算.工程热物理学报，2011.7（1）.45-97.

[2]沈阳水泵研究所、中国农机院合编.叶片泵设计手册.北京机械工业出版社，2010.