高壓變頻器在石油開(kāi)采行業(yè)中
       在石油開(kāi)采行業(yè)的應(yīng)用主要是應(yīng)用于主管道泵、抽油機(jī)、分子篩機(jī)泵、介質(zhì)泵、擠壓機(jī)、循環(huán)泵、注水泵、泥漿泵、鍋爐給水泵、電潛泵、鹵水泵、引風(fēng)機(jī)、除垢泵等。
       潛油電泵
       潛油電泵被安裝在地下1000-3000米深的井里，泵在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，將油抽到地面上來(lái)。傳統(tǒng)的工作方式是電網(wǎng)直接供電，工程上稱(chēng)其為全壓工頻工作。
      (1)對(duì)于復(fù)雜斷塊油田來(lái)說(shuō)，油水井的對(duì)應(yīng)連通性差，部分潛油電泵井出現(xiàn)供液不足，影響到潛油電泵的正常生產(chǎn)及井下機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)壽命。當(dāng)井下油量不富裕時(shí)，容易抽空，甚至死井，一旦死井則損失慘重。尤其海上平臺(tái)在采油時(shí)，因?yàn)橛蛯映矶却螅鲃?dòng)性差，潛油電泵在抽油的過(guò)程中不能一下運(yùn)行到額定轉(zhuǎn)速，否則會(huì)出現(xiàn)油層因壓力變化過(guò)快而斷開(kāi)，電泵只能抽到少量距井口近的油，遠(yuǎn)離井口的原油因不能夠流動(dòng)，電泵將斷液而導(dǎo)致油井報(bào)廢。并且一旦發(fā)生抽空時(shí)，定轉(zhuǎn)子將出現(xiàn)干磨，容易產(chǎn)生燒泵的事故。
      (2)工頻全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊、電機(jī)沖擊電流大、沖擊扭矩大，造成電機(jī)、電纜的加速老化和電泵葉片、軸系的損壞。平臺(tái)電網(wǎng)容量有限，電機(jī)工頻對(duì)電網(wǎng)的沖擊有可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組停運(yùn)。在采油過(guò)程中，由于液面經(jīng)常變化，需要經(jīng)常對(duì)電泵進(jìn)行啟停操作，頻繁的沖擊，降低了設(shè)備使用壽命，增加了維修費(fèi)用。
    (3)電泵在井下幾千米處，供電電纜上有100多伏的線路損耗，影響電機(jī)的正常供電。
       (4)潛油泵不能根據(jù)生產(chǎn)情況調(diào)整輸出功率，造成巨大的能源浪費(fèi)，難以使電泵工作在最佳工況點(diǎn)上。
潛油電泵的電壓等級(jí)不是國(guó)家電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，大部分潛油電泵的供電電壓是1140v和2300v，所以用于潛油電泵的高壓變頻器需要特別定制。潛油電泵的使用環(huán)境一般比較惡劣，所以要求變頻器比較耐用。經(jīng)過(guò)高壓變頻器的改造實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)，即低壓、低頻啟動(dòng)，電機(jī)是慢慢加速起來(lái)的，工作頻率不一定是額定頻率，而是隨意設(shè)置或調(diào)整，還可以根據(jù)井底油壓高低自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。因此，海上采油平臺(tái)潛油電泵配套使用變頻調(diào)速裝置，既是生產(chǎn)工藝的要求，也是保證機(jī)組安全可靠運(yùn)行的需要。
       應(yīng)用于海洋平臺(tái)的高壓變頻器由于海洋平臺(tái)遠(yuǎn)離陸地，運(yùn)輸、吊裝費(fèi)用高昂，因空間狹小，安裝也極不方便，必須確保變頻器一次投運(yùn)成功，對(duì)可靠性要求極高，并要求故障后能迅速恢復(fù)運(yùn)行，對(duì)技術(shù)有更高的要求。
       游梁式抽油機(jī)
       采用的抽油設(shè)備中，以游梁式抽油機(jī)應(yīng)用最為普遍，數(shù)量也最多。一方面，游梁式抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)為反復(fù)地上下提升，一個(gè)沖程提升一次，其動(dòng)力來(lái)自于電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的兩個(gè)重量相當(dāng)大的鋼質(zhì)滑塊，當(dāng)滑塊提升時(shí)，類(lèi)似于杠桿的作用，將采油機(jī)桿送入井中，滑塊下降時(shí)，采油桿提出帶油至井口，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速一定，在滑塊下降過(guò)程中，負(fù)荷減輕，電機(jī)拖動(dòng)產(chǎn)生的能量無(wú)法被負(fù)載吸引，勢(shì)必會(huì)尋找能量消耗的渠道，導(dǎo)致電機(jī)進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài)，將多余的能量反饋到電網(wǎng)，引起主回路母線電壓的升高，勢(shì)必會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，導(dǎo)致電網(wǎng)供電質(zhì)量下降，功率因數(shù)降低，面臨被供電企業(yè)罰款的危險(xiǎn);頻繁的高壓沖擊會(huì)損壞電機(jī)，對(duì)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有可靠的保護(hù)功能，一旦電機(jī)損害，造成生產(chǎn)效率降低、維護(hù)量加大，極不利于抽油設(shè)備的節(jié)能降耗，給企業(yè)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。另一方面，游梁式抽油機(jī)引入兩個(gè)大質(zhì)量的鋼質(zhì)滑塊，導(dǎo)致抽油機(jī)的起動(dòng)沖擊大等諸多問(wèn)題。
        目前，對(duì)游梁式抽油機(jī)的變頻器改造主要有以下3個(gè)方面：
        (1) 以提高電網(wǎng)質(zhì)量，減小對(duì)電網(wǎng)影響為目標(biāo)的變頻改造。這主要集中在供電企業(yè)對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合，為了避免電網(wǎng)質(zhì)量的下降，需引入變頻控制，其主要目的就是減小抽油機(jī)工作過(guò)程對(duì)電網(wǎng)的影響。這種應(yīng)用在勝利油田的臨盤(pán)采油廠已經(jīng)提上應(yīng)用日程。
       (2) 以節(jié)能為首要目標(biāo)的變頻改造。這一點(diǎn)比較普遍，一方面，油田的抽油機(jī)為了克服大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，采用的電動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際所需功率，工作時(shí)電動(dòng)機(jī)的利用率一般在20%-30%之間，最高不會(huì)超過(guò)50%，電動(dòng)機(jī)常常處于輕載狀態(tài)，造成了電動(dòng)機(jī)資源的浪費(fèi)。另一方面，抽油機(jī)的工作情況是連續(xù)變化的，這些都取決于地底下的狀態(tài)，若始終處于工頻運(yùn)行，勢(shì)必也會(huì)造成電能的浪費(fèi)。為了節(jié)能，提高電動(dòng)機(jī)的工作效率，需進(jìn)行變頻改造。
       (3) 以提高電網(wǎng)質(zhì)量和節(jié)能為目的的變頻改造。這種情況綜合了上面兩種改造的優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)用中的一個(gè)重要發(fā)展方向。
注水泵
       通過(guò)注水井向油層注水，是保證油層壓力，提高油藏采油速度和采收率而被廣泛采用的一項(xiàng)重要開(kāi)發(fā)措施。在油田注水工程中，注水泵是滿(mǎn)足油田注水，保證地層壓力的源設(shè)備，為了保證較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)滿(mǎn)足油田注水需要，在設(shè)計(jì)上注水泵的容量選型一般都較大，同時(shí)在實(shí)際生產(chǎn)中，日注水量又總是一個(gè)波動(dòng)較大的參數(shù)。
       當(dāng)采用變頻調(diào)速時(shí)，50Hz滿(mǎn)載時(shí)功率因數(shù)為接近，工作電流比電機(jī)額定電流值要低許多，這是由于變頻裝置的內(nèi)濾波電容產(chǎn)生的改善功率因數(shù)的作用，可以為電網(wǎng)節(jié)約容量。采用變頻調(diào)速后，可以避免因通過(guò)閥門(mén)控制使泵過(guò)多偏離額定工作區(qū)而引起的振動(dòng)，這種振動(dòng)嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起懸臂泵軸頭斷裂。由于啟動(dòng)緩慢及轉(zhuǎn)速的降低，相應(yīng)地延長(zhǎng)了許多零部件如密封、軸承的壽命，特別是減輕了起動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)機(jī)械損傷，有效的延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命，減少了檢修維護(hù)開(kāi)支，節(jié)約大量維護(hù)費(fèi)用。
       高壓變頻器在石化行業(yè)中
       在煉油行業(yè)高壓變頻器主要應(yīng)用于原油泵、減低渣油泵、循環(huán)泵、介質(zhì)泵等泵類(lèi)和送風(fēng)機(jī)等大功率風(fēng)機(jī)。
       干餾裝置主風(fēng)機(jī)
       頁(yè)巖干餾裝置煉油工藝中，有一項(xiàng)重要的環(huán)節(jié)就是利用離心式風(fēng)機(jī)(即：主風(fēng)機(jī))向干餾爐下部的發(fā)生段送風(fēng)，目的是為干餾爐上部下來(lái)的頁(yè)巖半焦完成氧化-還原反應(yīng)提供飽和空氣。在實(shí)際運(yùn)行中，要根據(jù)反應(yīng)裝置中各項(xiàng)工藝指標(biāo)的控制需求，調(diào)整主風(fēng)機(jī)送風(fēng)量。風(fēng)量的調(diào)整要通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)主風(fēng)機(jī)入口蝶閥開(kāi)度和放散口開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)，多余風(fēng)量通過(guò)放散口排出。電機(jī)的出力在70%左右。根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，每小時(shí)都要由工人手動(dòng)風(fēng)量一、兩次，大量的空氣被通過(guò)放散口排除，因此這種風(fēng)量調(diào)整方式不合理，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，同時(shí)造成無(wú)謂的能耗浪費(fèi)。工藝的角度上看，每天都要頻繁的調(diào)整主風(fēng)機(jī)的流量，工人要付出繁重的勞動(dòng)，而且調(diào)整偏差較大，如果電機(jī)通過(guò)變頻器調(diào)整調(diào)速，可以滿(mǎn)足工藝的需要，達(dá)到調(diào)節(jié)準(zhǔn)確，節(jié)省人力的目的。更重要的是，風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，入口蝶閥開(kāi)度越小，損耗在風(fēng)機(jī)擋板上的能量越多，因此，主風(fēng)機(jī)根據(jù)需要調(diào)速運(yùn)行將會(huì)有很大的節(jié)能空間。
       原油泵
       現(xiàn)場(chǎng)是通過(guò)調(diào)節(jié)泵出口閥門(mén)的開(kāi)度，即改變管網(wǎng)阻力來(lái)調(diào)節(jié)流量，同時(shí)改變了出口壓力。根據(jù)泵的特性，調(diào)節(jié)出口閥門(mén)的開(kāi)度，將使效率下降。若采用改變泵電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，閥門(mén)全開(kāi)，管網(wǎng)阻力曲線不變，降低水泵的揚(yáng)程以減小流量，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，允許出口最小壓力為2.1Mpa，允許最小流量為240t/h，在滿(mǎn)足此要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)速，使泵效率在高效點(diǎn)運(yùn)行，即變速調(diào)節(jié)比節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)，泵從電網(wǎng)吸收功率要減少，因此采用變速調(diào)節(jié)，能把消耗在節(jié)流中的損耗省下來(lái)，達(dá)到節(jié)能的目的。
       石油石化行業(yè)應(yīng)用前景
        自從2008年兩會(huì)，將低碳經(jīng)濟(jì)被提上議題之后，低碳經(jīng)濟(jì)，正以前所未有的高姿態(tài)走進(jìn)人們生活的方方面面。政府提出，2020年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%至45%。而作為耗能大戶(hù)的石油石化行業(yè)，首當(dāng)其沖被推到了風(fēng)口浪尖。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在國(guó)家發(fā)改委公布的千家重點(diǎn)耗能企業(yè)中，石油和化工企業(yè)有340家，占1/3;在環(huán)保部公布的廢氣、廢水污染源國(guó)家重點(diǎn)監(jiān)控企業(yè)中，石油和化工企業(yè)分別占 13.4%和25.8%。
        因此在2010年2月25日召開(kāi)的國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議指出，要壓縮和疏導(dǎo)過(guò)剩產(chǎn)能，加快淘汰落后產(chǎn)能，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，同時(shí)啟動(dòng)石化行業(yè)低碳技術(shù)示范工程建設(shè)。因此在中國(guó)的低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展之路上，石油石化產(chǎn)業(yè)應(yīng)該成為積極實(shí)踐者。那么低碳經(jīng)濟(jì)的倡導(dǎo)，勢(shì)必會(huì)促使石油行業(yè)加強(qiáng)技術(shù)的改造，因此也必然會(huì)帶動(dòng)具有節(jié)能減耗的高壓變頻器的發(fā)展。
       另一方面,國(guó)內(nèi)對(duì)石油石化產(chǎn)品的需求快速增長(zhǎng)。專(zhuān)家預(yù)計(jì)，到2010年，我國(guó)汽煤柴需求量將為1.85億至1.89 億噸，乙烯需求當(dāng)量將達(dá)到2500萬(wàn)至2600萬(wàn)噸。巨大的石油石化產(chǎn)品需求潛力，將為我國(guó)石油石化企業(yè)進(jìn)一步拓展市場(chǎng)、做大總量提供難得的戰(zhàn)略機(jī)遇和良好的市場(chǎng)條件。石油的市場(chǎng)需求旺盛。市場(chǎng)需求勢(shì)必拉動(dòng)石油開(kāi)采設(shè)備的增加、石油開(kāi)采量的加大和煉油設(shè)備增加。這些也將進(jìn)一步擴(kuò)大石油行業(yè)的節(jié)能潛力。