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                磕頭機應用變頻器改造的可行方案
                發布時間:2021-3-27 10:35:00   來源:杭州三科變頻技術有限公司   人氣值:

                本文主要介紹采油行業對變頻調速技術的應用,變頻器能夠使磕頭機的運動規律適應油井的變化工況,實現系統效率的提高,達到節能增產的目的。


                一、引言


                磕頭機電量約占油田總用電量的40%,運行效率非常低,平均運行效率只有25%,功率因數低,電能浪費大。因此,磕頭機節能潛力非常巨大,石油行業也是推廣“電機系統節能”的重點行業。

                二、方案優勢


                大提高功率因數(0.25~0.5提高0.9以上),減小了供電電流,從而減小了電網及變壓器的負荷。


                動態調整抽取速度,一方面節能,同時增加原油產量。


                實現真正“軟起動”對電機變速箱磕頭機,避免過大機械沖擊,延長設備使用壽命。


                三、負載分析


                (1) 國內應用最廣泛的是游梁式豎井磕頭機,它有三部分組成:


                地面部分:由電動機、減速器和四連桿構成;


                井下部分:抽油泵(吸入閥、泵筒、柱塞和排油閥),它懸掛在套管中的下端;


                抽油桿柱:連接地面磕頭機和井下抽油泵的中間部分。

                (2) 磕頭機的電機負荷是按周期變化


                開始起動時,負荷很大,要求啟動轉矩很大。正常運行時負荷率很低,一般在20%左右,高時負荷率只有30%。電機的負荷曲線有2個峰值,分別為磕頭機上、下沖程的“死點”。


                未進行平衡的條件下,上、下沖程的負載極度不均衡,在上沖程時,需要提起抽油桿柱和液柱,電機需付出很大能量。在下沖程時,抽油桿柱對電機作功,使電機處于發電狀態。通常在磕頭機的曲柄上加上平衡塊,消除上下沖沖程負載不平衡度。平衡塊調節較好,其發電狀態的時間和產生的能量就小,由于抽油載荷是每時每刻在變化,平衡配重,不可能隨抽油負荷作完全一致的變化,絕大部分磕頭機配重嚴重不平衡,從而造成過大的沖擊電流,沖擊電流最大可是5倍的工作電流,甚至達到額定電流的3倍。調整好平衡配重,可降低沖擊電流是正常工作電流的1.5倍。


                (3) 負載特性


                是恒速運行,由于配重,是變轉矩,變功率負載在一個循環周期內有兩次發電狀態,起動力矩大、慣性大。


                (4) 國內油田使用的磕頭機普遍存在的問題


                運行時間長,“大馬拉小車”,效率低,耗能大,沖程和沖次調節不方便,有時空抽現象。 


                四、磕頭機應用變頻器的難點


                (1)磕頭機在一個工作循環中,有兩次發電狀態,尤其當配重不平衡時,產生的“泵升電壓”很高,靠加大變頻器直流側電解電容和減小制動電阻值,不能完全解決問題,并且隨著油層的變化,“泵升電壓”也在變化。


                (2)磕頭機起動需要較大的起動轉矩,如變頻器參數設置不當,易造成過流或不能起動。


                (3)以往的變頻節能改造設計方案很少考慮油井的油面、油濃度的變化等情況。在提高產量方面,效果不佳。


                五、解決方案

                (1) 采用變頻調速技術,使電機轉速與磕頭機負載匹配


                在前期井中由于剛開采,油量大,讓變頻器運行到65Hz,電機轉速提高30%,采油率比工頻提高20%,工效提高1.2倍。在中、后期井中,油量減小,降低轉速,減少沖程,一般頻率運行至35~40Hz之間,電機轉速下降30%。節電率可達25%,而且提高了功率因數。


                (2) 動態調節磕頭機的沖程頻次


                隨著油井由淺入深的抽取,油量逐漸減小,出現泵充滿度不足,泵效下降,當油井的供油能力小于抽油泵排量時,就造成泵抽空和液擊現象。降低頻率,電機轉速下降,提高充滿度,不僅節能而且增加原油產量。


                (3) 動態調節磕頭機上下行程的速度


                適當降低下行程速度,提高泵內的充滿度,適當提高上行程速度,可減小提升中漏失系數,使磕頭機工作在最佳運行狀態。


                (4) 起動力矩大,運行中負荷低,沖擊電流大


                要從根本上解決問題,加大電動機極對數或增大減速箱速比,增大輸出力矩。變頻器正常運行80~90HZ。這也有利于減少發電狀態的能量,減少“泵升電壓”。


                (5) 再生能量的處理問題


                增大變頻器直流側濾波電容的容量;減少制動電阻值,提高制動系統的耗電能力,或直接使用回饋制動,減小能量損失。


                (6) 防空抽,增產


                動態調節磕頭機沖程頻次和上、下行程速度。設定電機的輸出功率標準值,實時檢測電機輸出功率,控制電機轉速,大于標準值,加速。反之減速,實現閉環控制。


                六、變頻控制方案


                a、系統有變頻運行和工頻運行兩種方式,當變頻出現故障時,可切換到工頻運行;


                b、采用能耗制動來消耗“泵升電壓”;


                c、通過PLC+變頻器的方式完成系統的控制。


                上述資料由杭州三科變頻器工程部整理編輯,如有疑問或有意咨詢變頻器價格等相關業務請通過官網聯系客服人員了解詳情。

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