浅析注水站注水电机冷却系统能耗问题

[摘 要]注水站冷却水系统由于结垢严重，造成注水电机冷却效果差，为保证安全生产被动补充大量清水。然而，清水的补给也是成垢离子的加入，温差的变化加速了管道的结垢，用清水冷却效果会更差，形成了恶性循环。大量清水的使用不仅产生资源浪费，同时引起注水电机冷却效果变差；电机因冷却效果变差，故障发生率随之增加。通过引进防垢技术，不仅解决了注水电机冷却问题，同时节约了生产成本，达到了的节能效果降耗的目的，实现了。

[关键词]注水站 电机 冷却系统 结垢 问题分析

中图分类号：TE43 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）41-0137-01

一、注水电机冷却系统现状及存在问题

油田注水站是保证油田水驱采油能力的重要设施，注入能力的稳定是保证油田注水的关键，而注水泵及电机的安全平稳运行是决定因素。当前注水电机均为清水冷却，低温清水通过冷却盘管换热，将注水电机热量带走，通过冷却塔空气散热将循环水降温，降温后冷却水通过泵升压后继续循环使用。在正常运行条件下，系统只需要补充少量清水来弥补清水冷却蒸发。然而，当前注水站存在大量清水的浪费和设施的维修，使注水站生产存在一定的安全隐患和清水资源的浪费，主要原因有以下三方面：

一是 清水不断进行换热、蒸发、升压过程，冷却循环水矿化度及水质硬度不断升高，在注水电机换热存在较大幅度温升条件下，换热盘管结垢严重，造成冷却效果逐步变差，冷却盘管内径缩小，过水量降低，造成注水电机温度升高，存在烧坏的安全隐患。

二是 为保证注水站注水电机冷却，在循环水回水温度不稳定情况下，生产通过补充大量清水来缓解冷却效果差的实际。而大量补充清水一方面造成清水资源的浪费，两一方面清水又带来了成垢离子的补充，电机换热结垢将更加严重，结垢严重的注水站每年都需要进行管道的酸洗解堵，以缓解换热变差的实际。

三是 冷却塔均为玻璃钢质风冷系统，在冬季运行过程中设备结冰严重，散水挡板及壳体由于风扇高速转动携带冰块碰击损坏严重，造成系统冷却效果差。

案例分析

以萨北油田第四油矿北五联注水站为例。该站现有注水泵5台，运行2台。正常运行条件下，冷却水来水温度在14～17℃，通过注水泵换热盘管后，水温提升至20～22℃，循环水在回至冷却塔冷却，系统循环水量在100m3/h左右。由于循环水的蒸发等因素，每天补充清水量不足5m3/d。当注水电机冷却水换热后温度升至24～25℃，注水电机温度常规情况下将温升至60℃以上，为保证设备的安全运行，生产运行将补充大量清水以降低循环来水温度。由于结垢堵塞问题不能立即解决，因此只能通过不断更新清水方法解决，站内夏季最高清水使用量曾达到600 m3/d，冬季降低至50 m3/d。由于冷却塔散热玻片损坏以及管道堵塞等因素，冷却塔设备整体性能大幅度下降，导致冷却设备效果差，更加剧了清水使用量过大这一突出矛盾。另外，根据管道结垢情况，1至2年对注水电机冷却循环系统进行酸洗解堵。

经济分析

通过对萨北油田几座注水站年清水使用量统计，结垢严重、冷却效果差的注水站平均使用清水量在65000～100000m3/a。

以注水站正常使用水量控制在10 m3/d计算，在循环条件差的情况下，一年最低清水使用量65000m3/a，则因冷却循环差产生的多余清水损耗61350 m3/a，以清水价格5.88元/m3计算，每年多余清水损耗为36.07万元/年。另外每年实施管道清洗约2.3万元/座。因此由于注水电机冷去系统性能差造成的直接经济费用效果为38.37万元/年。而萨北油田采用冷却水循环方式的注水站有？座，与北五联注水站问题相同注水站约占总数的70%，按此比例，每年将浪费清水使用量在110×104m3/a，直接费用近688.2万元。

产生巨大的清水用量主要是由于水质结垢、系统冷却效果下降造成的，而单纯问题如果能够通过有效措施解决，经济效益是可观的，同时相应安全隐患问题也随之解决。

二、技术措施

针对系统存在结垢严重问题，结合站内现有工艺，在风冷换热方式不改变的前提下，首要解决方式为水质的改善，确保注水电机冷却换热盘管不结垢。

采取化学防垢方式，不仅需要增设相应流程改造，同时全年运行费用较高，不适宜已建站的改造。而采用物理防垢技术不仅改造工作量小，一次投入运行费用小，是解决此类问题的技术方向。而物理防垢技术适应性是解决问题的关键。

当前物理技术较多，有超声波、强磁、电磁、合金等方式。

超声波是现有条件下较为经济有效的区域性防垢技术，但管道法兰、高频振动等因素将直接影响防垢效果，因此在此类区域性防垢不适宜。

强磁技术，在众多现场试验中应用，由于磁场在纵向剪切作用下，对水中金属离子产生电磁效应，从而促进水和离子的增加，提高成垢离子溶解度，以起到防垢作用，这种作用在液体呈紊流直至湍流状态下效果大幅度减弱，因此防垢效果也不理想。

电磁技术与强磁技术具有相同点，一些技术产品能够根据流体特性不断调整磁场强度以及波形，从而加大对水中阳离子的影响程度，从而实现有效的防垢效果。此类产品因厂家各异。

金属类技术产品主要是液体通过特殊结构设备，由于特制金属电极电位差，使液体成垢离子快速凝聚成大分子或溶解度提高等现象，避免成垢离子向金属管壁粘接，从而实现防垢特性。

三、Scale-buster技术原理

该产品主要由铜质外壳和特制锌内芯组成。产品内部金属锌形成的锌阳离子（Zn2+）溶化于水中，由于静电的引力，周围阴离子（Cl-，NO3-，SO42-，PO43-等） 向Zn2+的中心聚集。而且，聚集于锌中心的阴电荷离子，形成带有阴电荷的聚集，将周围的阳电荷的离子，用静电引力拉过来，形成很大的离子载体，暂时减少水中形成垢的Ca2+和 Mg2+。通过这一软化水效果，抑制垢的产生。除垢器释放的大量Zn2+，对管壁上上硬垢具有缓蚀作用，使其变软，分离水垢的阴阳离子结合，解散水垢组织。通过球状粒子不断敲打管壁内水垢，水垢被慢慢清除掉，实现除垢效果。

四、使用效果及投资评价

通过在北五注水站采用物理防垢技术，夏季注水电机冷却来水18～20℃，冷却后水温最高23～24℃，注水电机冷却水前后端压降小于0.05MPa，日清水使用量在10～15m3/d。

采用scalebuster防垢技术只需要在注水站冷却水泵后汇管安装1套长度60cm短接，则完成防垢设备的安装，DN150管道一次性投资为16万元。

与前期技术分析清水能耗对比年节约清水61350 m3/a，以清水价格5.88元/m3计算，每年多余清水损耗为36.07万元/年。另外每年实施管道清洗月2.3万元/座。因此由于注水电机冷去系统性能差造成的直接经济费用效果为38.37万元/年。另外，由于冷却系统产生结垢造成注入泵停注对采出的间接影响、电机温升造成注水电机自耗电升高没有直接费用中。

采取有效防垢技术，设备的投入与直接经济效益相对比，投资回收期仅为5个月。

因此，采用适宜的物理防垢技术不仅能够解决现有生产运行条件下注水电机存在的安全隐患，同时投入少量设备在节水、节电以及降低日常维护费用上取得较高的经济效益，实现环保技术与油田生产有机的结合。

五、结论

1、注水电机冷却系统由于结垢问题造成冷却能力大幅度下降，通过常规清水更换不仅造成大量资源浪费，生产成本增加，同时由于成垢离子大量的补充更加重了管道结垢，产生了恶性循环。

2、良好的物理防垢技术不仅能够消除管道的结垢堵塞，保证注水电机冷却系统的正常运行，消除生产安全隐患，同时也是大幅度减少清水使用有效措施，实现显著的节能降耗。

3、各类因结垢产生的生产问题，需根据结垢成因制定合理的技术措施，从而消除油田生产中安全隐患，实现低耗高效的工作目标。

参考文献

[1] 三元复合驱过程中的结垢特点和机采方式适应性. 王玉普，程杰成.大庆石油学院学报，2003，6（2）：20～22.

[2] 大庆油田三元复合驱矿场试验动态特征. 程杰成，王德民，李 群，杨振宇.石油学报2002，6（2）：37～40.