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輸油泵變頻節(jié)能效果分析

文檔作者：尚立光王寧程紅偉李曉娜李紅文檔來源：長慶油田公司第一采油廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月27日
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第19卷
Vo1．19
第5期
No．5
電子設(shè)計工程
Electronic Design Engineering
2011年3月
Mar．2011
輸油泵變頻節(jié)能效果分析
尚立光，王寧，程紅偉，李曉娜，李紅
(長慶油田公司第一采油廠陜西延安716000)
摘要：針對輸油泵設(shè)計富裕量較大，后期開發(fā)與工藝設(shè)計存在一定差距，多數(shù)機泵存在大馬拉小車．運行效率偏低
的現(xiàn)狀，安塞油田在坪橋輸油首站引進變頻節(jié)能裝置，對兩臺5DY一71／5同型號輸油泵實施節(jié)能效果評估。其中l(wèi)#
輸油泵實施變頻節(jié)能改造，2}}輸油泵采取工頻運行模式，通過近7 000小時的運行對比，機泵變頻改造后泵效提高
9．9％，檢維修頻次減少30％，經(jīng)濟效益明顯提高，為變頻節(jié)能技術(shù)在安塞油田輸油領(lǐng)域廣泛推廣提供了理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞：泵效；變頻節(jié)能；輸油泵；電子電力；電動機
中圖分類號：TE08 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674—6236(2011)05—0060—02
Analysis Of Oil pumps’frequency energy-saving efect
SHANG Li—guang，WANG Ning，CHENG Hong—wei，LI Xiao-na，LI Hong
(ChangqingOilfield CompanyNo．1，Yon’an 716000，China)
Abstract：Aiming at the oil pumps design rich quantity is larger，there exist certain gap between later development and
process design，and the operational efficiency is lower，ansai oilfield in pingqiao bridge oil transfer station first introduced
two frequency energy-saving devices．a(chǎn)nd evaluated the energy saving efect of two 5DY一71／5 oil transger pump．1# oil
pump implemented frequency energy-saving reform．2}}oil pump adopted industrial frequency operation mode．Through
nearly 7000 hours of operation comparative appraisal，the efficiency of the pump after frequency energy·saving is increased
9．9％ ，frequency of inspection maintenance is reduced 30％ ，and the economic benefit is improved obviously，which
provides theory evidence for grequency energy—saving technnology widely popularizing in ansai oilfield．
Key words：pump efficiency；frequency energy -saving；oil pumps；electronic power；motor
變頻調(diào)速技術(shù)是基于交一直一交電源變換技術(shù)，它是集電
力電子、微電腦控制等技術(shù)于一身的速技術(shù)因其顯著的節(jié)電
效益、較高的調(diào)速精度、較寬的調(diào)速范圍、完善的保護功能、
易綜合性電氣產(chǎn)品。變頻調(diào)于實現(xiàn)自動控制、運行安全可靠、
安裝使用維護簡單等優(yōu)點已被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，成為世
界上公認的節(jié)電新技術(shù)之一。坪橋集中處理站是坪橋一東營
輸油管線的首站． 坪營輸油管線建于1996年，總長度為
33．4 km，管徑~ 159~6 mm，日均輸送原油1 200 m 。首站外
輸原油，夏季采取不加熱輸送，出站油溫為39℃左右，泵出
口壓力為4．5～5．O Mpa；冬季采取換熱器加熱輸送方式，出站
油溫為55℃左右．泵出13壓力為5．0～5．8 Mpa。目前配備的兩
臺外輸泵，型號為5DY一71／5，2001年投入使用，其中1#泵可
進行變頻調(diào)節(jié)。
由上式可知，電動機的轉(zhuǎn)速n與電源頻率廠成正比，只要
改變頻率廠即可改變電動機的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率廠在0—5O Hz的
范圍內(nèi)變化時，電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬l】-21。變頻器就是
通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，變頻器是把工頻
電源變換成某種頻率的交流電源以實現(xiàn)電機的變速運行，是
一種理想的高效率、高性能的調(diào)速設(shè)備。
變頻器主要由控制電路、整流電路、直流中間電路、逆變
電路等相應(yīng)電路組成。其中控制電路完成對主電路的控制，
整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路
的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。對
于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時
還需要一個進行轉(zhuǎn)矩計算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。
2 變頻裝置節(jié)能原理
1 機泵變頻原理 2
．1 變頻節(jié)能
交流電動機的同步轉(zhuǎn)速表達式為： 有流體力學(xué)知識可知：
n=6Of(1-s) (1) P=-Q~H (2)
式(1)中，n為異步電動機的轉(zhuǎn)速 為電源的頻率，s為電動 式(2)中，P為功率，Q為流量，H為壓力。
機轉(zhuǎn)差率，P為電動機極對數(shù)。 Q oC J7、r，日oc
收稿日期：2010—12—06 稿件編號：201012018
作者簡介：尚立光(1975一)，男，陜西延安人，工程師。研究方向：油氣集輸，電氣自動化。
- 60-
(3)
尚立光．等 輸油泵變頻節(jié)能效果分析
P。CN3 (4) 3．2 機泵富裕量大流量變化大
式中，Ⅳ 為泵的轉(zhuǎn)速。
由式(4)可知，泵的功率與轉(zhuǎn)速Ⅳ]成正比，如果泵的效
率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時，轉(zhuǎn)速Ⅳ 如果成比例地下降，
此時軸輸出功率P就會成立方關(guān)系下降，即泵電機的耗電功
率與轉(zhuǎn)速近似成立方關(guān)系的下降I 。理論上對于一臺160 kW
的電機，當(dāng)轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的4／5時，其理論功率為82．0 kW，
省電48．8％。
2．2 功率因數(shù)補償節(jié)能
有公式
H=S~cos~ Q=S~sin~ (5)
式(5)中，H為有功功率，Q為無功功率，s為視在功率，cos偽
功率因數(shù)。
無功功率不僅增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率
因數(shù)的降低導(dǎo)致有功功率的降低．大量的無功電能消耗在線
路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費嚴重。由公式(5)可知，功率
因數(shù)cos}越大，有功功率 越大，對于普通異步電動機功率
因數(shù)在0．6～0．7之間．使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部
濾波電容的作用，cos 一1．O，從而減少無功損耗，增加了電網(wǎng)
的有功功率[41。
2I3 軟啟動節(jié)能
由于普通電機為直接啟動或Y／D啟動，起動電流為4～7
倍額定電流，這樣會給機電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴重的沖
擊，而且還會對電網(wǎng)容量要求過高，啟動時產(chǎn)生的大電流和
震動對泵體和閥門的損害極大．對設(shè)備、管路的使用壽命極
為不利。采用變頻器運轉(zhuǎn)，隨著電機的加速相應(yīng)提高頻率和
電壓，起動電流被限制在150％額定電流以下(根據(jù)機種不
同，為125％～200％)，傳動可以平滑地起動(起動時間變長)。
起動電流為額定電流的1．2～1．5倍．起動轉(zhuǎn)矩為70％～120％
額定轉(zhuǎn)矩；對于帶有轉(zhuǎn)矩自動增強功能的變頻器．起動轉(zhuǎn)矩
為100％以上，可以帶全負載起動．減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對
供電容量的要求，延長了設(shè)備和閥門的使用壽命，節(jié)省了設(shè)
備的維護費用
2．4 減小局部水頭損失節(jié)能
一般使用泵的額定流量和揚程，通常都超過實際需要的
流量和揚程，又因為工藝要求需要在運行中流量。目前，采用
閥門來調(diào)節(jié)流量的調(diào)節(jié)方式較為普遍，雖然方法簡單，但實
際上是通過人為增加局部阻力的辦法達到調(diào)節(jié)的目的。這種
節(jié)流調(diào)節(jié)方法浪費大量電能， 而且使泵本身在低效率點工
作，回收這部分電能損耗會收到很大的節(jié)能效果。
3 引進變頻裝置的必要性
3．1 機泵運行時間長
為完成全年39萬噸原油外輸任務(wù)．坪橋首站外輸泵年
運轉(zhuǎn)時間約為8 400 h，因此泵效每提高1％ ，年節(jié)約電量約
為1．344萬魔，節(jié)能效益相當(dāng)可觀。
因受沿河灣一陽山輸油管線的限制．坪橋一東營輸油有
時采取“泵一泵”輸油流程，有時采取“泵一罐一泵”輸油流程，
同時考慮到坪橋一東營管線的承壓能力及譚家營一東營輸
油管線的影響，坪橋首站外輸壓力波動范嗣為3．1～6．0 MPa，
排量波動范圍為45～67 m ，首站兩臺柱塞式外輸泵型號為
5DY一71／5．理論排量為71 m。，額定工作壓力為5．0 MPa。流量
的變化幅度為5．6％～36．6％ ．此時，若不采取變頻涮速原理進
行調(diào)節(jié)．為了滿足外輸排量和管壓的要求主要通過回流閥門
進行調(diào)節(jié)，這樣就因節(jié)流原因造成能量耗浪費。
3．3 理論計算節(jié)電量
通過理論計算節(jié)電量來論證選擇安裝變頻器的機泵是
否經(jīng)濟。對計劃安裝變頻器的機泵進行多種處理量時的理論
節(jié)電量的計算(考慮泵共振頻率除外)，經(jīng)過計算得到機泵
運行效率最大處理量時的節(jié)電率為：1#外輸泵在外輸量在
1 500 m 時節(jié)電率可達23．7％ ，機泵效率提高10％左右，說
明在該機泵上使用變頻調(diào)速器是可行的。
4 效益分析
4．1 運行參數(shù)
為評價變頻裝置的經(jīng)濟效益，綜合分析兩臺泵由07年8
月到08年5月的運行參數(shù)．分別計算出各自平均排量和壓
力下的機泵效率，機泵效率計算結(jié)果如表l所示。
表1 機泵效率計算結(jié)果
Tab．1 Computational results of pump efi ciency
由}n
額定 ～ 額定 實際 實際 泵輸
泵號 泵型號 功率 流量 流量 揚程 m功
功翠
／l【W(wǎng) l(m31h) ／(m31h) ／m 率／kW
／kW
l# 5DY-71／5 160 58．075 7l 53．48 543 23 9l
2 5DY一71／5 l60 83．155 71 55．3 554 30．63
由表1可見，兩臺同型號的泵，在工作環(huán)境相同的情況
下增加變頻裝置后，電機輸入功率減小25．08 kW，泵效提高
了9．9％ ，節(jié)能效果明顯。
4．2 節(jié)能效果評價
目前坪橋集中處理站13平均外輸原油為l 200 m，左右，
如果只使用l#變頻泵，流量為53．5 m ，13運轉(zhuǎn)時間22．4 h．
一年按360天計算，則年耗電量為。
22．4x58．075x360=46．83xlo4 kW·h
如果只使用2撐變頻泵，流量為55．3 m3／h，日運轉(zhuǎn)時間為
21．7 h，一年按360天計算，則年耗電量為：
21．7x83．155x360=64．96x10 kW ·h
兩者相比較，一年完成相同輸出量， 電費按工業(yè)用電
0．45元，kW 計算，可節(jié)約成本：
(64．96x104—46．83x104)xO．45=8．15x104元
通過比較可以發(fā)現(xiàn)如果全部采用變頻裝置，一年可節(jié)省
一6l一
《電子設(shè)計工程)2011年第5期
費用8．15xl04元。目前改變頻裝置只要稍加改造即可控制兩
臺外輸泵中任意一臺。
另外，該站還有兩臺型號為5ZB一12／42的供水泵，其中
l群泵泵效為28．17％ ，2#泵泵效為28．88％ ，日平均供水量
850 m ，泵出口壓力4．5 MPa。若增加變頻裝置把泵效提高到
45％ ，則年節(jié)約電量18．13xl04 kW·h，節(jié)約成本8．15xl04元．
而一套變頻裝置的費用大約為5萬元，投用當(dāng)年即節(jié)約成本
3．15萬元。
5 結(jié)論
本文結(jié)合水力學(xué)基本知識、變頻節(jié)能原理．首先對兩臺
外輸泵進行參數(shù)采集，然后進行效率分析，通過兩臺同型號、
同步投用的柱塞泵的實際運行工況比較得出以下結(jié)論：
1)l#外輸泵增加變頻裝置后效率較2#泵提高了9．9％．
泵體噪音減小很多，維修保養(yǎng)次數(shù)減少。但其實際排量和壓
力均小于設(shè)計值，泵效遠低于國內(nèi)平均輸油泵效64．9％，可根
據(jù)管壓適當(dāng)調(diào)整頻率，使泵在接近額定工況下工作提高泵效。
2) 外輸泵柱塞泵運行效率較低，運行效率只有
28．1l％。實際排量效于設(shè)計排量．目前靠回流和出口閥門控
制排量，增加變頻裝置來調(diào)節(jié)流量節(jié)能效果明顯。
3)兩臺供水柱塞泵平均泵效只有28．53％。低于國內(nèi)柱塞
式注水泵平均泵效72．1％ ，目前其在額定排量和壓力下工作。
但泵體噪音較大，啟動負荷大，可增加變頻裝置改善其工作
性能提高工作效率。
參考文獻：
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【2】趙玉華，王潔．大慶老油田節(jié)能降耗技術(shù)Ⅱ】．石油規(guī)劃設(shè)計，
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【3】油田油氣集輸設(shè)計技術(shù)手冊編寫組．油田油氣集輸設(shè)計技
術(shù)手冊(下)【M】．北京：石油工業(yè)出版社，1999：375—376．
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Gas Strorage and Transportation，2007(9)：21-22．
【5】陳允中，曹占友，鄧國強，等．泵手冊【MJ．北京：中國石化出
版社．20o3：268—371．
【6】劉合．油田聯(lián)合站集輸系統(tǒng)控制技術(shù)【M】．北京：石油工業(yè)出
版社．2004．
新一代maXTouch解決方案
愛特梅爾公司(Atmel~ Corporation1宣布推出面向2一l2英寸觸摸屏應(yīng)用的maXTouchTM E系列單芯片電容式觸摸屏控制
器。新推出的E系列產(chǎn)品包括mXT224E、mXT384E、mXT540E和mXT-／68E器件．采用第三代電容式觸摸引擎和針對電容式感
測而優(yōu)化的Atmel先進的AVR~架構(gòu)，能夠提供更好的模擬感測性能。E系列器件提供224～768個節(jié)點，可讓設(shè)計人員根據(jù)觸
摸屏尺寸和應(yīng)用，選擇業(yè)界最先進的單芯片解決方案。
由于系統(tǒng)噪聲是影響觸摸屏性能的最主要因素．ma r0uch E 系列中所有器件均具有增強的模擬感測功能，而maXTouch
業(yè)界領(lǐng)先的抗噪能力亦獲得提升。這些改進使得系統(tǒng)設(shè)計人員能夠使用成本較低的無屏蔽(shieldless)觸摸傳感器?；蚶贸?
寸更薄而具有較高集成度的觸摸屏配置，其中包括“覆蓋層觸摸”(touch．on．1ens，即是將觸摸傳感器圖形設(shè)置于玻璃或PET保
護蓋上)和“外桂式”(on-cell，觸摸傳感器圖形設(shè)置于顯示面板上)配置。通過改進抗噪性能，設(shè)計人員可以使用有噪聲的、成本
較低的顯示器和充電器，從而進一步降低系統(tǒng)成本。
maXT0uch E系列不僅使系統(tǒng)設(shè)計人員受益，也使消費者受益。這些器件具有更高的抗噪能力，是業(yè)界首批允許用戶使用
2 am無源導(dǎo)電書寫筆，同時繼續(xù)支持多點觸摸功能的觸摸屏控制器。新的E系列具有原有maXTouch系列產(chǎn)品相同的特點，
包括支持無限次觸摸．快速響應(yīng)能力、高精度、低功耗和出色的靈敏度，能夠檢測指甲或戴手套手指的觸摸。
maXTouch E系列的IllXT224E器件是暢銷的MXT224器件的新一代產(chǎn)品，具有先進的E 系列觸摸引擎，以及針對智能手
機和其他手持設(shè)備而優(yōu)化的Atmel 8位AVR架構(gòu)。
mX1_768E是業(yè)界首個面向12英寸以下的平板電腦和其它較大屏幕應(yīng)用的32位單芯片觸摸控制器。mX1r768E基于愛特
梅爾公司的超低功耗32住AVR架構(gòu)，能夠滿足大屏幕應(yīng)用對更大的無意觸模抑制能力和維持響應(yīng)性能的信號處理需求。
inXT540E和InX1'384E也基于先進的32位AVR架構(gòu)，為系統(tǒng)設(shè)計人員提供了具備合適性價比的選擇，適用于尺寸較小的平
板電腦、電子書閱讀器和高性能智能手機。
愛特梅爾擁有業(yè)界最全面的電容式觸摸屏解決方案產(chǎn)品系列。全新maXTouch E 系列為制造商提供了更多的單芯片選擇。
以便設(shè)計更薄、更順暢、成本效益更好的觸摸屏設(shè)備，同時為用戶提供了盡可能好的觸摸性能。愛特梅爾maXTouch解決方案
兼容眾多操作系統(tǒng)，包括AndroidTM、Linux和Microsoft@ Windows⑩。許多ITO合作伙伴、LCD供應(yīng)商和觸摸模塊銷售商現(xiàn)在已
經(jīng)提供使用愛特梅爾maXTouch E系列的完整解決方案。 咨詢編號：2011051006
- 62-

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