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1、泵管压差超高造成系统效率过低的解决办法宋保利 郝庆亮 解先民大庆油田第一采油厂2007 年 12 月节能组 xx1泵管压差超高造成系统效率过低的解决办法宋保利 郝庆亮 解先民第一采油厂第六油矿摘要 聚中八聚聚中八注水站自 2000 年投产以来，给 121丁 5 两个二次加密井排及 308 609两个注入站供水。当前运行现 状为泵出口压力在 16.1MPa 以上，管 压在 15.2MPa，泵管压差超过0.9MPa，系统效率只有 65.7%，严重超过生产管理指标规 定的泵管压差0.5MPa。由于 泵管压差过大，系统效率低，一方面使设备的各 项参数指标受到影响， 设备 的潜能没有充分地发挥，从而造成
2、电能和效率的极大浪费。针对此问题，我们对注水泵进 了减级处理，提高了 设备有效利用率，节约了电能，从而提高了注水系统效率，有效地降低了泵 管压差。主题词 泵管压差超高问题一、 基本概况六矿聚中八注水站位于萨尔图西北侧，1999 年建站，全站共有 D（F）400-150X10泵两台，D（F）250-150X10 泵一台，D（F）100-150X11 泵一台，共 4 台高压注水设备，相应的配套 YK2240-2/990 电机两台，YKOS1800-2 电机一台，YK800-2/990 一台，负责萨葡区的 121、丁 5 两个二次加密井排和中 609、中 304、中 308 三个注入站的注水任务。设
3、计规模 2.52104m3/d。现在供 121、丁 5 两个二次加密井排及中 609、中 308注入站的设备为 D（F）400-150X10 型注水泵，YK2240-2/990 型电机。二、 现状分析1、 聚中八注水站目前负责二次加密及两个注入站外输的 1、2 号机组的 D（F）400-150X10 型注水泵，泵额定扬程为 1490M，额定流量为 400M3/H，轴功率为2000KW，泵效为 81%。YK2240-2/990 型电机额定电流为 240A，额定功率为 2240KW，4号泵是 D（F）100-150X11，额定扬程为 1629M，额定流量为 100 M3/H，轴功率为612KW，泵
4、效为 66%。YK800-2/990 型电机额定电流为 87A，额定功率为 800KW，通过电机和泵的参数对比发现，在正常运行中保证不憋压的情况下以电机满负荷运转为准，也就是说电机在额定电流不超过 240A 的状态下工作，注水泵的泵压和管压应不大于0.5MPa 为佳，实际工作中的泵压是 16.1MPa，井排压力 15.2MPa，电机正常运行已达到额定电流 240A 而注水泵明显是憋压运行的，没有在最佳状态下工作，因此离心泵没有更好的发挥其功能，反而造成了设备效率的损耗，例如：2 号机组自投产后，作为清水和污水的双用泵，一开始主要负责供给注入站清水的外输任务，注清水时因为是独立管网注水，设备憋压
5、运行，以至于不能发挥出离心泵效能，现在注污水时虽然电机满负荷运行，但也达不到额定泵效（额定泵效是 81%） ，实际泵效只能达到 76.71%，这就2是憋压运行给设备造成的严重损害。2、从系统效率公式上看： 系统 = 泵 电机 管网。 系统效率与注水泵效率、电机效率、管网效率有着密切的关系，注水泵效率、电机效率、管网效率的高低直接影响着注水系统效率的高低。而在离心泵转换能量过程中，不是所有的机械能都成为有效功，运转时不可避免地会有各种能量损失。因此，要提高泵效，做到合理地使用离心泵，应将离心泵水力损失、机械损失、容积损失减少到最小。水力损失主要发生在吸液室、叶轮流道、导叶和泵壳中，有阻力损失和冲
6、击损失两种。当泵憋压时，由于流体和各部分流道壁面摩擦而产生的摩擦损失以及因流道断面扩散而引起的局部损失的加大和流体进入叶轮导叶时，与叶片发生冲击而引起的能量损失的增加，影响了泵效率和管网效率，从而影响了泵的系统效率；而泵憋压还引起容积损失，主要是由于高压液体在泵内窜流和向泵外漏失引起的，一部分高压液体经叶轮与泵壳密封环之间的间隙，窜向进口低压区，以及部分液体经轴与泵壳的轴密封装外置外漏，从而使实际流量降低。泵内窜流造成的容积损失的加大，同时也造成密封环等密封装置的损坏，降低了零部件的使用寿命，也降低了泵、管网和系统效率；泵的憋压运行，还造成叶轮盖板两侧面与液体之间的损失以及泵轴在密封装置、轴承
7、等机件间旋转时的摩擦损失，也是影响泵的效率和其他效率的重要因素之一。注水泵的憋压运行造成注水泵的机械、容积和水力损失增大，使泵管压差过大，造成了注水泵管网效率的降低，从而影响了系统效率。3、泵管压差过大通过轴功率对比看的会更清楚，这台机组的电机功率是 2240KW，而注水泵的轴功率是 2000KW，根据设备的管理规定，注水电机的功率应是注水泵功率的 1.2-1.4 倍，而我站的电机功率只是泵功率的 1.12 倍，还没有达到设备要求的最低限，完全是典型的小马拉大车的情况，造成设备匹配不合理的现象。三、泵管压差过大的处理方法通过运行中的数据分析以及设备性能参数和对注水压力分析，我们建议：1、对高压
8、注水泵进行减级注水泵是多级式离心泵，实质上同多台单级离心泵串联起来运行一样，减去一级或两级照常可以运行。可以用调整叶轮级数的方法，来调整离心泵的压力和排量。减级的条件主要视泵站运行时的泵管压差而定。在电机满载情况下，泵管压差为单级叶轮压力的 1.1-1.2 倍，就可以减去一级；2.2 倍以上可以减去两级。我站的泵管压差在0.9MPa，按照规定可减去一级，一般减级的部位在首级、次级和末级。减首级、次级都需要另外加工或改制导流装置，现场应用不多。减末级是比较方便的。注水泵减级后参数会有所变化，泵效稍有降低，但很小，其额定泵压下降，基本上是原额定泵压减去平均单级叶轮的压力值；其额定排量与相对的额定泵
9、压下的排量相同，轴功率也降低。由此可见，减级对泵管压差的影响是很大的，减级后，设备参数变化最大的就是泵压，其他参数影响不大，因此这种方法是比较可取的。减级前后电机、注水泵的主要参数对比表类别 排量（M 3/H） 扬程（M） 电机轴功 （KW） 注水泵功率 （KW） 泵效率 （%） 系统效率 （%）减级前 387 1610 2251 2251 76.51 65.7减级后 385 1480 1782 1782 81.17 6832、对注水泵的叶轮进行切削切割叶轮直径就是将泵的叶轮在车床上车小，从而改变水泵的性能和性能曲线来达到调节泵管压差的目的。泵叶轮切小后，泵的各项性能也会按照一定规律变化，叶轮
10、切割公式为：Q 前 /Q 后 =D 前 /D 后 ；H 前 /H 后 =（D 前 /D 后 ） 2；N 前 /N 后 =（D 前 /D 后 ） 3；D 前 ：切割前泵叶轮的直径；D 后 ：切割后泵叶轮的直径；Q 前 ：切割前泵的流量；Q 后 ：切割后泵流量；H 前 ：切割前泵的扬程；H 后 ；切割后泵的扬程；N 前 ；切割前泵轴功率；N 后 ；切割后泵的轴功率。水泵切割后，效率不变或有的下降，但下降不多，若切割太多时，效率会下降得很多，这样就不合理了，因此泵叶轮外径最大允许切割量如下表：比 转 数 n 60 120 200 300 350 350最 大 允 许 切 割 量 （ %） 20 15
11、 11 9 7 0效 率 下 降 值 （ %）水 泵 叶 轮 外 径 最 大 允 许 切 割 量每 切 割 10， 下 降 1 每 切 割 4， 下 降 1聚中八注 1、2 号注水泵现运行扬程为 1610M，而需要的扬程为 1500M，我们如果想得到这个扬程，根据上述公式 H 前/H 后=（D 前/D 后） 2计算可知，叶轮需要切削7MM 可得到 1500M 的扬程。3、更换注水电机现注水电机容量为 2240KW，额定电流为 240A，注水泵轴功率是 2000KW，根据设备的管理规定，注水电机的功率应是注水泵功率的 1.2-1.4 倍，D（F）400-150X10 型泵应配备容量为 2500-
12、2800KW 的电机，才能发挥该注水泵的效能。而在这个电机容量范围内应使用 2500KW 的电机，因此建议更换相匹配的电机。根据多年在注水站的工作经验以及对其它站的资料数据的采集和分析，发现 YK2240-2/990 型电机额定电流为240A，比较适合与 D300 型的泵匹配，D300 的泵轴功率为 1849KW，电机的功率是泵轴功率的 1.21 倍，安全符合注水电机和泵的匹配要求，能够充分的发挥注水泵的效能，不会造成效率的浪费。也可以选用 YK2240-2/990 型电机，但电机额定电流应为 255A。四、方案实施产生效益估算及投入费用针对聚中八注水站现状调查情况分析，我们选用了对高压注水泵
13、减级的处理方案。在 2007 年 3 月 26 日和 3 月 27 日分别对 2 号注水泵和 4 号注水泵进行了减级。2 号注水泵是 DF400-150*10 型泵，设计扬程 1490 米，流量 400 M3/H，轴功率 2000 千瓦，泵效 81%，该泵投产后，电机在满负荷状态下（该泵的配套功率为 2240 千瓦）运转，泵压为 16.1MPa，管压 15.2MPa，泵管压差 0.9MPa，超过公司要求泵管压差不大于0.5MPa 的规定，而此时的泵效最高才能达到 76.71%，低于设计泵效近 5 个百分点，流量在 387 M3/H，单耗 5.83KWh/M3，超过了 DF400 型注水泵单耗不
14、大于 5.85 KWh/M3的规定，减级后，2 号注水泵的各项参数都有较大的变化，现将减级前后设备运转数据对比列表如下：4类 别 泵 压 管 压 泵 管 压 差 电 流 轴 功 率 单 耗 流 量 系 统 效 率 泵 效减 级 前 16.1 15.2 0.9 240 2251 5.81 387 50% 76.71减 级 后 14.8 14.4 0.4 190 1782 5.03 385 70% 81.17对 比 差 值 1.3 0.8 0.5 50 469 0.78 2 20% -4.46减 级 前 后 电 机 、 注 水 泵 的 主 要 参 数 对 比 表通过上表可以看出：2 号机组在保持原
15、有流量的基础上，降低了泵压、泵管压差，使之在合理范围内，泵效上升了近 5 个百分点，注水泵性能明显提高，单耗和耗电量大幅度降低，减级后的电能比减级前每小时降低了 469KW，全天节约电量 11256KW，一年下来就可节省 411 万度电，折合人民币 246.5 万元。2005 年底，因生产需要，原来使用清水的中 609、308、304 三个注入站的其中两个注入站转注污水，只有中 304 注入站和一个新投建的新两三结合实验站用清水，造成清水用量锐减，原来注清水的 3 号和 4 号 DF250-150*10 型泵如果再注清水，泵的生产能力过大促使注水泵处于憋压状态下运行，同时造成资源浪费。在这种情
16、况下对 4号机组进行了换型改造，把原来的 D250 型泵改成了 DF100-150*11 型泵，并在 2005 年10 月投入生产运行，该泵设计扬程 1629 米，流量 100M3/H，轴功率 612KW，泵效66%，在投入运行后，经过一段时间的数据跟踪，发现该注水泵存在着单耗、泵压超高，泵管压差过大，流量上不能满足注入站的需求的缺点。为解决注入站的生产需求，厂里决定仍用 3 号 D250 型注水泵为注入站供水，为减轻设备憋压对注水泵的损害，决定将一部分清水通过高压加流向清水罐泄压，这种措施虽然为保证了注入站的正常用水，也节约了清水，但造成了电量和能量的浪费，因此，今年 3 月份对 4 号注水泵进行了减级，现将 4 号机组减级前后数据对比和 4 号机组减级后与 3 号机组输送清水时的数据对比列表如下：泵 压 管 压 泵 管 压 差 电 流 轴 功 率 单 耗 流 量 泵 效减 级 前 16.9 14.2 2.7 93 849 6.51 130 71.66减 级 后 15.3 14.9 0.4 85 776 5
