中转站输油系统效率影响因素及提高措施
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２ ３变 频器
关于 离心泵 运转 工 况的移动 ， 变运 转泵 的工 作点称 为 工况调 节 。 由于工作 点是 泵性 能 曲线和 管 线特性 曲 线的交 点 ， 所 以任何 一条 曲线发生 变化 ， 工作 点 便 随之改 变 。 因此 ， 改 变 工作点 是 改变 泵性 能 曲线 和管 线特 性 的途 径 。
１ ２ 工 况影 响
二次 方变 化 ， 使 流量 和扬 程减 小 。 ２ ． ２ 改变 工作转 速 离 心泵的流 量和扬 程都 与转速有 关 ， 根据 比例定律 ， 流量 、 扬 程和轴 功率 相 应地 与转 速近似 地成 一 、 二次、 三 次 方变化 ， 即可 以得 到不 同的 工作点 ， 使 流 量 和 扬程变 化。 通过能 效测 试可知 ， 有些 中转 站采用 变频调 速装 置 ， 输油动力 系 统 效率高 ， 站 内节流 阻力小 ， 以泵 的性 能动态 变化 与管路特 陛平 衡 ， 泵 在最佳 工 作 点工作 。
某油 田特 高含 水期 液体 输送 量将 随着 采出液 量 、 含 气、 含水量 及粘 度 的变 化 而变化 ， 输 油泵效 率和 管路 效率 已不 在最佳 工作 区 ， 站 内管 路局 部阻力 大 ， 中 转站 输油 站效率 较低 。 目前 ， 某 油 田处于 挖潜调 整阶段 ， 对 于减 少 中转 站的站 内 回流 、 结垢 、 阀件 的 阻力损 失等 形成 的无 效能耗 。 为此 ， 提 高 中转站 输油 系统 效 率， 节约 能源 减少能 耗 ， 是人们 关注解 决 的问题 ， 是 中转站 油气集 输 中重要 的节 能环 节 。 １影响 因 素 输油 动力 系统 效率 是指 在整 个集 输过 程 中输油 泵 、 外输 管路所 发挥 的有 效 能与 输入 能之 比 。 输油 动力 系统 效率 包括 电机 效率 、 输 油泵 效率 和管 路输 送 效率， 若每 项效 率 均达 到理 想状 态 ， 其 系统 效率 应在 ５ ０ － － ６ ０ ％ 范围内。 电机 效率 包 括与 负载无 关 的恒 定损耗 和直 接 负载 损耗 ， 损 耗大 效率 低 。 输油 泵效 率为泵 传递 给液 体 的有 效功 率 与轴 功率 之 比 。 １ １泵 内损 失 泵 内损失 主要包 括 机械 损失 、 容积 损 失和水 力损 失 ， 与之 相应 的效 率分 为 机械 效率 （ ｒ ｌ ｍ） 、 容 积 效率 （ ｎ ｖ ） 和水力 效率 （ ｎｂ ） 。 泵 的效率 为 ｎ＝ｎｍ ×ｒ ｌ ｖ Ｘ ｎ ｂ ， 即机械 摩 擦 、 级 间泄 露 、 水 力摩 擦 等都 能使 泵 的效率 下 降 。
工 业 技 术
●ｌ
中 转 站 输 油 系 统 效 率 影 响 因素 及 提 高 措 施
邵 丽 孙晓波 尹志辉 赵丽霞 赵晓燕 李 岩
（ 大 庆 油 田有 限责任 公 司第 三采 油厂 第五 油 矿） ［ 摘 要］ 分析 了输 油动 力 系 统效 率 的影 响 因素 ， 介 绍 了泵 及 管路 性 能特 点 ， 阐述 了泵 流量 降低 时 扬程 升 高效 率 下 降 ， 而管 路 的流 动 阻力 下降 使得 管路 利 用 率 降低 的机理 ， 采 用多种 方法 提高 输油 动力系 统效率 。 应 用表 明 ， 调 整 站内工 艺安 装及罐 前液面 调节 阀 口径 ， 充分地 利用泵 的扬 程 ， 改变工 作转 速 ， 使 用变 频器调 节 ， 来 提 高泵 效 ， 泵 管压 差小 ， 泵效高， 效 果显 著 。 ［ 关键 词］ 油田 中转 站 提 高泵 效 率 测 试分 析 中图分 类号 ： Ｅ ７ ３ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ ９ — ９ １ ４ Ｘ （ ２ ０ １ ５ ） １ ０ —０ ０ ５ ５ 一Ｏ ｌ
一
、
功率Ｐ 与转速Ｎ的立 方成正 比。 如 果水 泵的效 率一 定 ， 当要求调 节 流量 下降 时， 转 速ＮＫ ｒ 成 比例 的下 降 ， 而 此时轴 输 出功率 Ｐ 成立 方 关系 下 降。 即水泵 电机 的耗 电功 率与转 速近 似成立 方 比的关系 。 如一 台水泵 电机 功率为 ５ ５ ｋ Ｗ， 当转 速 下降到 原转 速 的４ ／ ５ 时， 其耗 电量 为２ ８ ． １ ６ ｋ Ｗ， 节 电４ ８ ． ８ ％， 当转速 下降到 原转 速的１ ／ ２ 时， 其耗 电量为 ６ ． ８ ７ ５ ｋ Ｗ， 节 电８ ７ ． ５ ％。 当电动 机转速 降低 时 ， 电动 机 输 出功 率将 大幅 度下 降。 转 速仅 下 降１ ０ ％时 ， 功率 消耗下 降 了２ ７ ． １ ％， 也 就是 说 ， 节 省了２ ７ ． １ ％的电费 支 出。 变频 调速 设备 对 风机 、 泵 类负 载 电动机 节 电效果 非常 理想 ， 一般节 电率 可达 ２ ０ －６ ０ ％。 当Ｑ１ ／ Ｑ ２ ＝ ０ ． ７ 时， Ｐ ／ Ｐ ｏ ＝ ： （ ｎ ｌ ／ ｎ ２ ） ３ ＝（ Ｑ１ ／ Ｑ ２ ） ３ ＝ Ｏ ． ７ ３ ＝ ０ ． ３ ４ ， 由公 式可得 当流量 变为 额定 流量 的７ ０ ％时 ， 水泵 的实 际轴功 率仅 为 额定 功率 的３ ４ ％， 水 泵节 电６ ７ ％左 右 。 可 以看出 ， 通 过变 频调 节方 式 来改变 水 泵转 速 可 以为水 泵运 行 节省 大量 的 电能 。
１ ． ３ 管 线特 性
管线节 流调 节使 管 线特性变 化 的最 简单 ， 最 常用 的方法 ， 即在 利用排 出管 路上 的控制 阀 ， 当开 大或关小 控制 阀的开 启度 时 ， 改变 了管路 中局部 阻力 ， 管 线 特性 系数 ｋ 变化 ， 使管 路特 性 曲线 的斜率 变化 ， 在 泵性 能 曲线不 变 的情 况下 ， 工 作点发 生变化 ， 起 到 了调 节流量 的作 用 。 管 线特 性 ： 管 内流量 Ｑ 与流 动损失ｈ ｗ的 函数 关系 为一 条 抛物 线 。 当泵排 出管路 上 阀门全 开 时 ， 管路 特性 曲线为 １ ， 与泵 Ｈ－ Ｑ 性 能 曲线 交点 为 Ｍ１ ， 对 应流 量Ｑ １ ， 随着 阀 门逐 渐关小 ， 管 路特 性系数 逐渐 变大 ， 管路 特性 曲线 ２ 、 ３ 相 应 地变 陡 ， 工作 点变 为Ｍ２ 、 Ｍ３ ， 流 量逐 渐减 少为 Ｑ ２ 、 Ｑ ３ 。 见 泵 出 口节 流调 节 图。 利用 关小 阀 门， 使流 量Ｑ 减小 为Ｑ ２ 、 Ｑ ３ 时泵 的效 率往往 会 降低 ， 对低 、 中比 转数 的离 心泵 ， 其 功率 性 能曲 线都是 随着 流量 减少 而下 降 的。 从泵 的能头 有效 利用率 来看 ， 调节 阀 的开度变 小却增 加 附加阻力 损失 。 设控 制 阀全开 时 ， 流量为 Ｑ１ ， 管 路特性 系 数 为ｋ ， 则管 路 中流动 损 失为ｈ ＝ ｋ Ｑ１ ２ ， 节 流后 ， 流 量变 为Ｑ ２ ， 总 流动 损失 为ｈ ＝ ｋ ２ Ｑ ２ ， 其 中用 于 输送 液体 需要 克 服 的流动 损 失仅 为ｋ Ｑ ２ ２ ， 其余 能头（ ｋ ２ － ｋ ） Ｑ ２ ２ ， 则 是节 流调节 损失 。 所以， 用关小 排 出管控 制阀 的方法 改变管 路 特性 来调 节 流量 ， 管 路局 部 阻力增 加 ， 需要 泵提 供更 多 的能头 来克 服这 个 附 加 的 阻力 损 失 ， 使 整个 管路 装 置效 率 不高 ， 这 种 方法 长 期使 用 是不 经济 的 。 但 是， 这种 方法 简单 方便 ， 广泛 用于 生产 的工况 调节 中。 即泵 后排 出管 控制 阀前后 压 差称 泵 管压 差 ， 泵 管压 差大 ， 管 线效率 低 。 １ ． ４ 旁路调 节 ’ 在泵 出 口设有旁 路与 吸入罐相 连通 并设有控 制阀 。 旁路 调节相 当于 分支管 路， 旁路 打开 ， 泵 的流 量变 大 ， 但是 主 管 中的流量 比关闭 旁路 时的 流量要 小 ， 所 以， 流量 得 到 了调节 。 这 种调 节也 不 经济 ， 这 种 方法 只 能用 于调 节 站 内容器 液
关于 离心泵 运转 工 况的移动 ， 变运 转泵 的工 作点称 为 工况调 节 。 由于工作 点是 泵性 能 曲线和 管 线特性 曲 线的交 点 ， 所 以任何 一条 曲线发生 变化 ， 工作 点 便 随之改 变 。 因此 ， 改 变 工作点 是 改变 泵性 能 曲线 和管 线特 性 的途 径 。
１ ２ 工 况影 响
二次 方变 化 ， 使 流量 和扬 程减 小 。 ２ ． ２ 改变 工作转 速 离 心泵的流 量和扬 程都 与转速有 关 ， 根据 比例定律 ， 流量 、 扬 程和轴 功率 相 应地 与转 速近似 地成 一 、 二次、 三 次 方变化 ， 即可 以得 到不 同的 工作点 ， 使 流 量 和 扬程变 化。 通过能 效测 试可知 ， 有些 中转 站采用 变频调 速装 置 ， 输油动力 系 统 效率高 ， 站 内节流 阻力小 ， 以泵 的性 能动态 变化 与管路特 陛平 衡 ， 泵 在最佳 工 作 点工作 。
某油 田特 高含 水期 液体 输送 量将 随着 采出液 量 、 含 气、 含水量 及粘 度 的变 化 而变化 ， 输 油泵效 率和 管路 效率 已不 在最佳 工作 区 ， 站 内管 路局 部阻力 大 ， 中 转站 输油 站效率 较低 。 目前 ， 某 油 田处于 挖潜调 整阶段 ， 对 于减 少 中转 站的站 内 回流 、 结垢 、 阀件 的 阻力损 失等 形成 的无 效能耗 。 为此 ， 提 高 中转站 输油 系统 效 率， 节约 能源 减少能 耗 ， 是人们 关注解 决 的问题 ， 是 中转站 油气集 输 中重要 的节 能环 节 。 １影响 因 素 输油 动力 系统 效率 是指 在整 个集 输过 程 中输油 泵 、 外输 管路所 发挥 的有 效 能与 输入 能之 比 。 输油 动力 系统 效率 包括 电机 效率 、 输 油泵 效率 和管 路输 送 效率， 若每 项效 率 均达 到理 想状 态 ， 其 系统 效率 应在 ５ ０ － － ６ ０ ％ 范围内。 电机 效率 包 括与 负载无 关 的恒 定损耗 和直 接 负载 损耗 ， 损 耗大 效率 低 。 输油 泵效 率为泵 传递 给液 体 的有 效功 率 与轴 功率 之 比 。 １ １泵 内损 失 泵 内损失 主要包 括 机械 损失 、 容积 损 失和水 力损 失 ， 与之 相应 的效 率分 为 机械 效率 （ ｒ ｌ ｍ） 、 容 积 效率 （ ｎ ｖ ） 和水力 效率 （ ｎｂ ） 。 泵 的效率 为 ｎ＝ｎｍ ×ｒ ｌ ｖ Ｘ ｎ ｂ ， 即机械 摩 擦 、 级 间泄 露 、 水 力摩 擦 等都 能使 泵 的效率 下 降 。
工 业 技 术
●ｌ
中 转 站 输 油 系 统 效 率 影 响 因素 及 提 高 措 施
邵 丽 孙晓波 尹志辉 赵丽霞 赵晓燕 李 岩
（ 大 庆 油 田有 限责任 公 司第 三采 油厂 第五 油 矿） ［ 摘 要］ 分析 了输 油动 力 系 统效 率 的影 响 因素 ， 介 绍 了泵 及 管路 性 能特 点 ， 阐述 了泵 流量 降低 时 扬程 升 高效 率 下 降 ， 而管 路 的流 动 阻力 下降 使得 管路 利 用 率 降低 的机理 ， 采 用多种 方法 提高 输油 动力系 统效率 。 应 用表 明 ， 调 整 站内工 艺安 装及罐 前液面 调节 阀 口径 ， 充分地 利用泵 的扬 程 ， 改变工 作转 速 ， 使 用变 频器调 节 ， 来 提 高泵 效 ， 泵 管压 差小 ， 泵效高， 效 果显 著 。 ［ 关键 词］ 油田 中转 站 提 高泵 效 率 测 试分 析 中图分 类号 ： Ｅ ７ ３ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ ９ — ９ １ ４ Ｘ （ ２ ０ １ ５ ） １ ０ —０ ０ ５ ５ 一Ｏ ｌ
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功率Ｐ 与转速Ｎ的立 方成正 比。 如 果水 泵的效 率一 定 ， 当要求调 节 流量 下降 时， 转 速ＮＫ ｒ 成 比例 的下 降 ， 而 此时轴 输 出功率 Ｐ 成立 方 关系 下 降。 即水泵 电机 的耗 电功 率与转 速近 似成立 方 比的关系 。 如一 台水泵 电机 功率为 ５ ５ ｋ Ｗ， 当转 速 下降到 原转 速 的４ ／ ５ 时， 其耗 电量 为２ ８ ． １ ６ ｋ Ｗ， 节 电４ ８ ． ８ ％， 当转速 下降到 原转 速的１ ／ ２ 时， 其耗 电量为 ６ ． ８ ７ ５ ｋ Ｗ， 节 电８ ７ ． ５ ％。 当电动 机转速 降低 时 ， 电动 机 输 出功 率将 大幅 度下 降。 转 速仅 下 降１ ０ ％时 ， 功率 消耗下 降 了２ ７ ． １ ％， 也 就是 说 ， 节 省了２ ７ ． １ ％的电费 支 出。 变频 调速 设备 对 风机 、 泵 类负 载 电动机 节 电效果 非常 理想 ， 一般节 电率 可达 ２ ０ －６ ０ ％。 当Ｑ１ ／ Ｑ ２ ＝ ０ ． ７ 时， Ｐ ／ Ｐ ｏ ＝ ： （ ｎ ｌ ／ ｎ ２ ） ３ ＝（ Ｑ１ ／ Ｑ ２ ） ３ ＝ Ｏ ． ７ ３ ＝ ０ ． ３ ４ ， 由公 式可得 当流量 变为 额定 流量 的７ ０ ％时 ， 水泵 的实 际轴功 率仅 为 额定 功率 的３ ４ ％， 水 泵节 电６ ７ ％左 右 。 可 以看出 ， 通 过变 频调 节方 式 来改变 水 泵转 速 可 以为水 泵运 行 节省 大量 的 电能 。
１ ． ３ 管 线特 性
管线节 流调 节使 管 线特性变 化 的最 简单 ， 最 常用 的方法 ， 即在 利用排 出管 路上 的控制 阀 ， 当开 大或关小 控制 阀的开 启度 时 ， 改变 了管路 中局部 阻力 ， 管 线 特性 系数 ｋ 变化 ， 使管 路特 性 曲线 的斜率 变化 ， 在 泵性 能 曲线不 变 的情 况下 ， 工 作点发 生变化 ， 起 到 了调 节流量 的作 用 。 管 线特 性 ： 管 内流量 Ｑ 与流 动损失ｈ ｗ的 函数 关系 为一 条 抛物 线 。 当泵排 出管路 上 阀门全 开 时 ， 管路 特性 曲线为 １ ， 与泵 Ｈ－ Ｑ 性 能 曲线 交点 为 Ｍ１ ， 对 应流 量Ｑ １ ， 随着 阀 门逐 渐关小 ， 管 路特 性系数 逐渐 变大 ， 管路 特性 曲线 ２ 、 ３ 相 应 地变 陡 ， 工作 点变 为Ｍ２ 、 Ｍ３ ， 流 量逐 渐减 少为 Ｑ ２ 、 Ｑ ３ 。 见 泵 出 口节 流调 节 图。 利用 关小 阀 门， 使流 量Ｑ 减小 为Ｑ ２ 、 Ｑ ３ 时泵 的效 率往往 会 降低 ， 对低 、 中比 转数 的离 心泵 ， 其 功率 性 能曲 线都是 随着 流量 减少 而下 降 的。 从泵 的能头 有效 利用率 来看 ， 调节 阀 的开度变 小却增 加 附加阻力 损失 。 设控 制 阀全开 时 ， 流量为 Ｑ１ ， 管 路特性 系 数 为ｋ ， 则管 路 中流动 损 失为ｈ ＝ ｋ Ｑ１ ２ ， 节 流后 ， 流 量变 为Ｑ ２ ， 总 流动 损失 为ｈ ＝ ｋ ２ Ｑ ２ ， 其 中用 于 输送 液体 需要 克 服 的流动 损 失仅 为ｋ Ｑ ２ ２ ， 其余 能头（ ｋ ２ － ｋ ） Ｑ ２ ２ ， 则 是节 流调节 损失 。 所以， 用关小 排 出管控 制阀 的方法 改变管 路 特性 来调 节 流量 ， 管 路局 部 阻力增 加 ， 需要 泵提 供更 多 的能头 来克 服这 个 附 加 的 阻力 损 失 ， 使 整个 管路 装 置效 率 不高 ， 这 种 方法 长 期使 用 是不 经济 的 。 但 是， 这种 方法 简单 方便 ， 广泛 用于 生产 的工况 调节 中。 即泵 后排 出管 控制 阀前后 压 差称 泵 管压 差 ， 泵 管压 差大 ， 管 线效率 低 。 １ ． ４ 旁路调 节 ’ 在泵 出 口设有旁 路与 吸入罐相 连通 并设有控 制阀 。 旁路 调节相 当于 分支管 路， 旁路 打开 ， 泵 的流 量变 大 ， 但是 主 管 中的流量 比关闭 旁路 时的 流量要 小 ， 所 以， 流量 得 到 了调节 。 这 种调 节也 不 经济 ， 这 种 方法 只 能用 于调 节 站 内容器 液