淺析石油管道中變頻調速技術的應用

近年來，變頻調速技術憑借著性能安全、節能顯著等特點，在油田企業中已經得到了廣泛應用。文章簡要介紹了變頻調速技術的基本工作原理，介紹了輸油泵變頻調速技術的特點，以實例對比分析了該技術的應用效果。

在輸油站的建設過程中，其規模的設計是以10年預測的最大產液量來進行設計的。因此，在投產的初期和中期，其輸送量基本上無法滿足設計的要求，為了保證能夠正常平穩地進行生產，通常會通過使用調節泵出口閥門來進行控制，但是因此而產生的泵管壓差會比較大，一般會損失掉能量的30%- 40%。通過采用變頻調速技術，則可以有效地解決上述能耗問題，可以起到節能和提高工作效率的作用，同時，變頻調速技術還可以大大減輕人工操作的負擔和強度，并延長油田設施的使用壽命。

一、變頻調速技術的工作原理

以日本富士公司所生產的變頻器為例，變頻器主要是通過高壓大容量電容和整流模塊將工頻電源轉換為直流電，直流電又被大功率晶體管轉換為頻率可隨意調節的交流電進行輸出。在三相交流異步電動機中，如果在轉差率S保持穩定的情況下，電源頻率f1是與軸轉速N2成正比關系的，其關系可以表示為：

N2=60f1/P(1—S)=N1-△N

變頻器通過對頻率f1進行調節，使電動機磁場轉速N1發生改變，導致軸功率N2 也發生改變，最終實現調速的目的。

因此，變頻調速技術的基本工作原理就是，信號變送器和液位控制器對緩沖罐里的液位信息進行接收和比較后，將信息發送給變頻器，變頻器在對這些信息數據進行一系列的處理后，進而對輸出端三相交流電的頻率進行調節，使電動機的轉速發生改變，最終實現對輸油泵排量進行控制，保證系統正常平穩生產的目的。

二、變頻調速技術在輸油泵機組中的應用

變頻調速技術在輸油泵機組中的應用，是通過對輸入電動機的電源頻率進行改變，從而實現改變電動機組轉速的一項節能技術。其具有以下幾個特點。

1.當變頻器連接到輸油泵機組后，電動機的動力會與轉速的三次方形成正比關系，如果將電機的轉速降低，則其耗電量將以三次方的關系發生減少。假設當泵機的轉速下降為20%時，那么，節能即為( 1- 20%)3=51.2 % ，可以節能一般以上。所以，如果在輸油機組的運行轉速不需要一定為額定轉速時，就可以通過使用變頻調速技術實現對電能的節省。通過采用這項技術，還可以有效減少水擊壓力，可以對輸油管線內壓力狀況進行隨機控制，起到延長管線設備使用壽命的作用。

2.當變頻器處于低頻時，電動機則會產生比較高的啟動轉矩，其啟動轉矩最高時可以達到額定啟動轉矩的150%，而其啟動電流則是額定電流的1~ 1.2 倍，而使用普通的交流電機所需要的啟動電流是額定電流的4~7倍，相比較而言，變頻調速對電網的沖擊會小得多。同樣，該技術的啟動損耗是直接啟動時損耗的1%，不會使電動機組發生過熱現象。此外，使用該技術，可以有效降低電機的制動損耗。

3.在大落差或者是一泵輸多罐的輸油系統中，通過使用變頻調速技術，可以對輸油系統內的壓力和流量狀況進行實時調節和補償，與傳統的回流控制技術相比，使用該技術不僅降低了能耗，而避免了由于能量損耗引起的管路水擊現象。

三、變頻調速技術效果分析

在采油廠的聯合站和中轉站的輸油泵上安裝變頻調速裝置，通過對安裝前后的測試數據進行分析和對比，可知：在安裝變頻器前，泵的出口壓力為1.16MPa，管線的壓力為0.74MPa，可以看出，其處于節流狀態。其管網效率為 63.2%，輸液用電單耗為0.428kW·h/m3，系統效率為41.8%。而在安裝了變頻器后，泵的出口壓力為0.51MPa，管線壓力為0.45MPa，看不出有節流現場存在。管網效率為0.193 kW·h/m3，輸液用電單耗降低了0.224kW/h，系統的效率為58.5%，提高了16.7%。通過數據對比，可以發現在采用了變頻調速技術后，設備運行的工況得到了非常明顯的改善。但是，上述測試情況并不代表所有的輸油泵在安裝了變頻器后都會產生相同的節能效果，其節能效果與泵的負荷率存在關系，即，當負荷率較低、波動較大時，其節能效果比較好。

使用變頻調速技術還可以對輸油泵的運行方式進行改變。比如，某中轉站有三臺輸油泵，其額定功率都為2424m3/d，但是，該中轉站在工作中需要的實際排量為2900~3200m3/d。在這種情況下，運轉一臺輸油泵將輸不完，運轉兩臺又不夠輸，導致輸油泵長期低效運行。在安裝了變頻器后，就可以將一臺輸油泵長期運行，將另一臺輸油泵作為補充使用，自動根據負荷的變化而做出調節。但是，在安裝變頻器后發現，泵效比原先降低。經過分析，可能有兩種原因，一種是由于無閥門節流泵的進出口壓差變小，采用原方法對泵效進行計算時，結果數值會變小;另一種原因可能是由于負荷率發生降低，在節流消除后，導致輸油泵處于低效區運行。針對這一問題，以后可以適當放寬調速運行的泵效考核指標。此外，通過變頻器的軟啟動和無極調速作用，可以大大降低對電網的沖擊，使電器裝置的使用壽命得到延長。

四、使用變頻調速技術應注意的問題

在生產波動比較大的輸油系統中使用變頻調速技術，可以使輸油泵的運行更加經濟合理，有效提高輸油系統的效率，因此在這種輸油系統中使用變頻調速技術不僅降低能耗，也有利于生產的安全與穩定。但是，對于工況相對穩定、負荷率比較低的系統，不必一定安裝變頻調速裝置，可以通過使用車削葉輪和拆級運行等方式對系統進行改造。還要注意，如果系統的負荷率長期高于95%，此時，變頻調速技術將很無法發揮出其效果，甚至會產生更多的能耗，而且，滿負荷的工作會加快變頻器部件的老化速度，因此在這種情況下應當退出變頻調速裝置。此外，在進行變頻調速技術推廣時，一定要做好效果預測工作，配置好生產參數，因為同一套變頻調速裝置在不同的系統中產生的效果差異會很大。