1、1变频调速技术在外输泵中的应用摘要：阐述了变频调速技术及控制原理。调节电机频率就能调节离心泵流量、扬程、功率，使之符合工艺要求，以消除泵出口调节阀节流引起的能量损失，控制原油缓冲罐的液位，实现密输原油安全平稳运行。随着变频技术的广泛引用，对油田后期成本控制起到了很大的作用，节能效果显著。 关键词：变频器；输油系统；节能 中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号： 联合站输油系统外输操作过程中原油能否实现密闭输送运行，很大程度上取决于原油缓冲罐的液位控制是否可靠，按设计要求，原油缓冲罐液位控制是通过输油泵出口调节阀自动调节流量，使液面保持在设定的位置，这种控制方式主要缺点表现为：由于调节阀
2、液位的高低变化开关频繁，输油压力波动大，不利于原油密闭运行；输油泵运行工况较差，泵效低，能耗高；调节阀节流造成原油阻力增大，产生能量损失，机泵憋压，且阀心机械磨损严重，易损坏；节阀节流及机泵引起的噪音大，不利于环保，操作环境差。为改变这种生产状况，多数联合站应用先进的变频技术，成功地控制了原油缓冲罐的液位，从根本上消除了采用调节阀控制的不利因素，实现密输原油安全平稳运行，而且节能效益显著。随着油田开发时间的延长，油田产油、产液量逐渐下降，使转油站负荷2率下降，出现“大马拉小车”现象。特别对于某些管路系统，若把变频装置的效率考虑在内，采用变频调节与采用节流调节相比，节能效果不同。为此，推广应用变
3、频调速器，为节能降耗提供技术手段。因此，搞清楚管路特性对泵变频调节节能效果的影响，对于正确运用变频调节是必要的。 1 变频调速技术 1.1 变频器原理 变频器通过对三项交流电的频率变化来改变异步电机的转速。 即：n=60f/p， （1） 式中：n 为电机转速，r/min；f 为电源频率，Hz；p 为定子绕组极对数。 由（1）式可知，频率 f 与转速 n 之间为正比关系，因此，通过变频器对电源频率的调节可实现对点击转速变化的调节。节能降耗 1.2 变频调速与调节阀控制比较 流体通过泵的能量增值全部用于克服管路阻力的系统，如热水采暖系统及其他液体闭式循环系统等。对于无能量提升系统，管路特性曲线与泵
4、的相似工况线重合，泵转速改变前后的两种工况是相似工况，工况参数符合相似律。根据离心泵的比例定律，在 n1 与 n2 下的流量 Q1 与Q2、扬程 H1 和 H2、功率 N1 和 N2 分别与转速有一定关系，这种系统的管路特性曲线为：HSQ2， （2） ；Q2/Q1n2/n1， （3） ；H2/H1（n2/n1）2， （4） ；N2/N1（n2/n1）3， （5） 式中：Q 为流量，H 为扬程，S 为阻力系数，n 为转速，N 为轴功率。 3由关系式（3） 、 （4） 、 （5）可知，调节电机交流电的频率就能调节离心泵流量、扬程、功率，使之符合工艺要求，以消除泵出口调节阀节流引起的能量损失。离心泵
5、的流量控制有两种方式，一种是通过控制离心泵出口阀门开启度来控制流量，一种是通过控制离心泵的转速来控制流量。当控制离心泵出口阀门开启度时，在一定的转速下，离心泵的流量Q 和泵产生的压头 H 具有一定的对应关系，不同的流量对应着不同的压头，由流量 Q 和压头 H 所做的曲线称为离心泵的流量特性曲线，见图 1。如果离心泵出口阀门的开启度发生变化时，泵的压头也随之变化，泵的流量也就发生改变。此方法效率比较低，当阀门的开启度较小时，阀门上的压降比较大，损失的功率也相当大。当离心泵的转速发生改变时，泵的流量特性曲线发生改变，在相同的压头下，减小泵的转速会降低泵的功率，泵的流量也会随之降低。变频控制系统正是
6、通过改变泵的转速来控制泵的流量，这种方法相较于工频恒速系统来说，运行电流比较小，节能效果明显。当采用变频调速方法时，转速由 n1 变为 n2，流量由 Q1 变为 Q2，其扬程曲线则由“1”变为“2” ，见图 1，离心泵工作点从 A-B，轴功率为：NB=Q2HB/，当采用调节阀控制流量方法时，转速不变，扬程曲线仍为“1” ，流量 Q1 降为 Q2，则离心泵工作点从 A-C，轴功率为：NC=Q2HC/。图 1 中“BCHCHb”组成的面积即为变频调速方法与调节阀控制流量方法相比节约的能量：N=NCNb Q2 Q1 4图 1 离心泵的 HQ 曲线图 2 变频调节与节流调节曲线 由图 2 可知，A 为
7、设计工况，转速为 n1，流量为 Q1。现需把流量改变为 Q2，若采用变频调节，工况点为 B；若采用节流调节，工况点为 C。直观地看，两工况流量相等，而扬程 B 与 C 相比有所降低。又因为 A 工况为设计工况，应在高效率区，B 为 A 的相似工况，效率与 A 工况相等，所以一般而言，应用 Bc（ 为效率） 。那么由 N=QH/ 可知，一般情况下 B 与 C 相比，功率至少应用与扬程同等幅度的降低。即变频调节与节流调节相比，轴功率大大减小。可见，对于无能量提升系统，即便把变频装置的效率考虑在内，变频调节也具有显著的节能效益。随着所需流量的改变，转速应与流量同比例改变，而功率则与转速的 3 次方成
8、比例变化。如所需流量减少为 50%，转速亦应减为 50%，而功率则减为（0.5）312.5%。在达到同样的调节目的的情况下，变频调节与其他调节方式相比的能耗减少。 1.3 变频调速控制原理 离心泵安装变频器后，原油缓冲罐的被控参数信号由变送器转换成420mA 的直流信号送入调节器，与设定信号比较，其差值模拟量输送给变频器，随时调整输出频率，控制离心泵的转速，改变离心泵的排量，从而维持液位在设定位置。 2 应用效果 外输泵电机安装变频器后，并与计算机连接，实现装置电机一体化运行，使电机的转速随着缓冲罐的液位的变化而变化，即液位高时，变频泵自动增大排量，液位低时，变频泵自动降低排量，使缓冲罐的液位
9、5始终维持在设定的中液位，保证缓冲罐不抽空，实现原油平稳输送。由于变频器是以高载波来进行运转的，故可控制电机的噪音，使机泵静音化运转，改善操作环境。在实际生产过程中，无论是气动阀或手动控制联合站外输泵输油，都存在着较多的问题。变频装置的投用，对整个联合站输油系统有积极作用。 （1）杜绝了外输泵阀门（包括气动阀）节流的弊端，减少了输油阻力。实现了液位自动控制，将原来的压力间接监控改为液位直接监控，使净化油液不仅能显示，而且可以直接调节，有效地保证了净化油罐液位的稳定，液位变化上下浮动只有 20 厘米，有效防止了因液位监控不及时，净化油罐天然气管线“灌肠”事故的发生，保障了安全生产。 （2）由于变
10、频调节具有控制及时、稳定的特点，去除了人为操作不当引起压力波动的不平稳因素，在工艺上促进了联合站的生产，特别是对脱水器压力影响更加直接，提高了其运行的稳定性。 （3）电机启动变为匀加速启动，不会出现电机启动电流过大和泵内瞬时高压情况，泵体震动小，减少了对设备的损耗，延长了使用寿命，节省了检修费用。提高了生产运行的自动化程度，减轻了岗位员工频繁操作的劳动强度。 3 结束语 根据实际运行情况，当联合站平稳运行时，变频器的输出频率范围一般 35-40Hz，即泵运转转速为额定转速的 70%-80%之间，理论节电量在48.8%-65.7%之间，实际节电量在 40%以上。同时，采用变频调速控制技术，还可以减少因机泵憋压造成密封片损坏的维修次数，可提高输油泵6的有效工作时间，降低了维修费用。 参考文献： 1 冯叔初，郭揆常.油气集输M.东营：石油大学出版社，2004.
