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高耗能稠油区块电力节能技术的综合应用

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耗能 油区 电力 节能 技术 综合 应用
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《资源节约与环保 》 2013 年 第 5 期科技论文与案例交流科技论文与案例交流摘 要: 电能是油田生产的重要动力,随着油田油气勘探开发的深入,用电量将不断增大。目前,我们大港油田历经四十年的开采, 羊三木油田也有三十多年的开采历史,整体开发已进入后期,稠油区块由于原油粘度大,广泛采用了高耗能井底加热技术、管道加热技术与地面电磁调速拖动等技术,电能消耗是采油厂中的大户,使用与推广中频电加热设备、变频器、永磁同步电动机,可以大幅度的降低生产单耗,节能潜力巨大。关键词: 电热杆;集肤深度;电磁离合器;稀土永磁同步电动机;空心抽油杆;功率因数低;中频电加热;变频器1 高耗能区块的现状分析稠油井开采是油气开发中的一大难题,我们采油六厂孔八站稠油井基本上采用井底工频电热杆加热,地面配套管道加热器(掺水加热),由于工频( 50热杆加热集肤深度不够,电能损耗大;地面举升工艺采用电磁调速电机拖动抽油机生产,电磁调速电机在低速运转时效率低于 50%,大部电能消耗在了电磁离合器上,所以造成单井能耗大,吨油操作费用高 。以孔八站 09 年为例,油井开井总数 8 口(其中:电磁调速电机 4 台,螺杆泵 3 台,异步电机 +变频调速起动柜 1 台),月产油 1148 吨,月耗电量 油电耗为 302 (采油厂平均吨油电耗为 169 ),因此,有针对性得对稠油井生产工艺进行节能改造,可以降低单井电耗 。2 加热工艺:应用 “中频电加热控制技术 ”替换 “工频控制技术 ”加热原理:特种电缆由电缆引入器插入空心抽油杆内,穿过空心环流泵,经泵下特种空心杆到井底下端电路连接器(回路接头)与特种空心杆 、柱塞中心杆及空心抽油杆接通形成回路,通电后使两个载流导体基本上形成电流方向相反,其值大小相等的条件,在空心杆内壁产生工频集肤效应,使电流集中在管肤壁极薄层内流过,从而大幅度增加了交流阻抗,在集肤效应 、铁损 、临近效应和屏蔽效应的共同作用下产生热量实现电热转换,由于加热体在油管内部,故所产生的热量随时被所举升的介质(油流)带走,实现了从泵下 、泵体到泵上对油流的全过程加热,降低了原油的粘度使抽油机井能够保证正常的生产需要 。①工频电加热的电气控制:采用 380V、频率 50三相交流电源 。输入为三相输出为单相,电加热抽油杆要求用单相大功率工频电源,采用了相平衡原理 。人为地将电加热抽油杆负荷(通过隔离变压器)平衡用电容器及平衡电抗器构成三角形连接的负荷接至三相电源 。此项控制技术由于三相负荷平衡问题没有得到完善的解决,容易造成三相电网不平衡 、功率因数低 、电网损耗大 、污染严重,由于工频集肤效应深度不够 、加热效果不佳 、电热转换效率低造成电能的极大浪费,使得孔八站的电量长期聚高不下 。如:工频井底电加热改造前平均月耗电 度 。②中频井底电加热电气控制首先,将输入得 380V、50三相交流电经整流滤波后变成530V 的直流电压,再经逆变电路在主控板的控制下变成 350单相中频电压,最后,再经中频变压器隔离后输送到加热电缆给油层加热 。随着控制频率的升高 ,由公式:S=k( 1/1/2式中: S—集肤效应深度 K—修正系数 率由此可以看出,当 大时 S 变小,则集肤深度越深 。同时其交流阻抗 Z=1/2 也变大,因此在相同数值的电流作用下,负载所获得的能量也越高,而电流及线路损耗相应地也会变小,从而提高了加热效率达到节约电能的目的 。以孔八站 09 年为例,使用中频电加热控制后月耗电 度比过去工频电加热控制的 度减少了 度,综合节电率为 30预计全年可节电 度 。油机拖动调速装置:用 “变频调速 +永磁同步电动机 ”替换“电磁调速电动机控制 ”磁调速电动机 +普通控制柜孔八站的抽油机工作制度由于原油粘度大,冲次都在 1左右,运行过程中是靠电磁调速电机的电磁离合器进行调速的 。电磁调速属于低效率调速方式 。而用电磁调速电动机驱动抽油机械时,由于平衡块的蓄能作用,上下两个冲程的驱动功率与转速是不同的 。而电磁离合器的转速不管是高还是低,原动机的输入功率 、转速基本不变,而将多余的能量白白消耗在电磁离合器中,即电磁调速的效率随转速的下降成比例的降低,电能浪费严重,当转速低于 750转 /分时效率不到 50%,所以低速运行时很不经济 。例如:孔八站改造前( 4 口电磁调速电动机)月耗电 度 ,全年耗电 度 。频调速 +永磁同步电动机①变频调速技术交流变频调速器是将三相工频交流电经整流器转换成直流,经过平滑滤波再经过逆变电路把直流变成不同频 (下转第 10 页)高耗能稠油区块电力节能技术的综合应用王普军 赵兴君 李保春(大港油田公司 天津 300280)图 1 电磁调速电动机拖动装置03《资源节约与环保 》 2013 年 第 5 期科技论文与案例交流科技论文与案例交流(上接第 3页)率的交流,使电动机获得无级调速所需要的电压 、电流 、频率,同时为防止低频时产生的磁通饱和现象,相应改变其输出电压,所以对变频器输出频率的控制实现交流电机的调速 。变频调速时电动机最大转矩 T=V/f) 2动机常数 V—电源电压 f—电源频率,如果在改变频率 f 的同时,同步的改变电源电压U 可实现 T 不变的调速特性,同时也可以实现拖动设备的软起软停功能,减少对电网与设备的冲击和磨损 、减小供电设备的装机容量 、延长设备的使用寿命 。变频调速属于高效率调速方式,变频器直接控制电机的转速不存在电磁离合器一类的损耗,效率通常高达 96%以上,而且也与转速无关,在驱动恒转矩生产机械时电机的输入功率随转速的下降成比例降低,有较高的功率因数,这就是变频器之所以节电的原因 。②稀土永磁同步电动机该系列电机采用新型稀土永磁材料,运用有限元法进行电磁优化设计,使电动机具有超高效率与功率因数 。图 2 永磁同步电机拖动装置普通异步电动机接通交流电后,定子绕组建立旋转磁场,该磁场在转子导条上感应电流,导条电流与定子绕组电流同时建立气隙磁场,转子导条消耗能量,而稀土永磁电工机旋转时转子导条不感应电流,转子磁场是由磁场极产生的,故建立磁场所要的无功能量也少,与同规格异步电动机相比,定子电流小,定子耗损也相应的减少,故该系列电动机与同功率 Y 系列的电动机相比,使供电网络中的线电流减少 30%以上,线损也相应减少,效率比Y 系列电机提高 5百分点,功率因数达 95%以上 。以孔八站为例,使用永磁同步电动机 +变频调速器控制后月耗电 度比过去电磁调速控制的 度减少了 度,综合节电率为 72%,预计全年可节电 41 万度 。3 结束语随着电力电子产技术的逐步提高,中频电加热 、变频器调速技术在油田的使用范围也将逐步地加大,必将替代和淘汰效率低下的工频电加热 、电磁调速和变极调速技术 。通过以上节能技术的改造,我厂孔八站用电系统的耗电状况有了明显好转,电量得到了有效的控制,大大减少了电费支出 。截止到 11 年底孔八站吨油电耗降到了 173t,节能效果显著,在稠油井开采过程中值得大范围的应用与推广 。控制器设计的集成电路,使其具备多种功能,它采用脉冲调制技术,不仅能有效的保护蓄电池,防止过充电现象的发生 。它还能快速 、平稳的为蓄电池充电,其内置温度补偿装置,充电过程完全符合 线 。电池该系统采用 24V 蓄电池,其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来,到需要的时候再释放出来 。耗计算一座计量(阀组)间每天耗电 1 一年耗电 365 算太阳能电池板按每日有效日照时间为 6 小时计算,再考虑到充电效率和充电过程中的损耗,太阳能电池板的输出功率应为 500/6h/70%=210W。其中 70%是充电过程中,太阳能电池板的实际使用功率 。个系统能耗计算整个系统一年耗电近 40*100 每度电以 计算,该系统每年电费约 40 万元 。接电与太阳能耗能比较因为大部分计量(阀组)间处在远离居民区或荒郊野外,如果采取利用外接电源,需要从较远的地方引入电源线,再配置设备(设施),成本较高且无法估算 。而采用太阳能技术仅需要在建设初期一次性购买太阳能板 、控制器等,投入大约每座计量间 元左右,但后期的维护成本很低 。因此,因地制宜的采用太阳板技术即节约电能成本支出,又为安全生产提供了保证 。5 结论通过对计量远传系统实现的功能论述,以及其太阳能电池板的耗能分析,得出利用太阳能电池板作为数字化远传系统的能源,既安全又节约成本 。小米粒的绿色生活10
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