82012.11(采油四厂)斩波内馈调速技术在注水系统中的应用.ppt

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1、第四采油厂规划设计研究所二一二年十一月,斩波内馈调速技术在注水系统中的应用,随着油田进入特高含水开发阶段,吨油成本逐年上升,吨油能耗不断增加,目前我厂注水系统耗电占总耗电的33.2。为保证注水系统低耗高效运行,我厂应用斩波内馈调速技术降低注水能耗,在系统方案选择上、运行调试中,主要解决设备稳定运行,提高运行时率等问题,以发挥该技术的最大效益,一、斩波内馈调速技术原理二、现场试验情况三、取得的认识,斩波内馈调速技术是利用内馈电机的内馈绕组的发电功能,移出转子的部分电转差功率。由于转子的部分功率被移出,使转化的机械功率减小,电机转速下,降。移出的电能,通过升压、变频、移相回馈到定子侧,从而达到节能

2、目的,斩波内馈调速控制原理图,转子的电能取出是通过斩波器件的高频开关实现的,其稳定性是斩波装置可靠运行的关键。传统的斩波内馈调速装置采用晶闸管斩波,晶闸管属于半控器件,1、斩波元器件的确定,可脉冲触发打开不能脉冲触发关闭,这就增加了系统的复杂性,倘若一个周期没有关断成功晶闸管将瞬间进入永久直通状态,就是电动机从当前速度骤然升至全速,给设备造成很大冲击,反应在电动机上,将斩波器件由传统的晶闸管替换为IGBT,斩波频率高调速范围宽噪声低结构简单,而IGBT斩波器,属于全控器件,大大简化了电路,节省了空间,使可靠性有很大的提高。同时具有以下方面优势:,2、系统控制方式的确定,逻辑控制,控制速度,可靠

3、性可维护性,顺序控制,灵活性可扩展性,对斩波内馈传统的继电器控制方式与PLC控制方式在以下几个方面,进行对比,PLC控制方式均优于继电器控制方式,鉴于PLC控制的优势,系统控制上由PLC替代了继电器控制方式,在PLC选择上我们采用,编制了人机界面交互系统程序 使控制操作清晰、简便、快捷同时提高了稳定性,双PLC无扰动切换技术,一是由于外置集电器采用滚动轴承安装,注水电机在高速旋转时,轴承温度迅速升高达到上限值,导致轴承烧毁,无法稳定运行,3、内反馈电机技术方案的确定,集电器与电机联接图,二是集电器为连接设备,无法与电机完全同心运行,导致端点跳动,碳刷急剧磨损,通常在内反馈电机上,采用外置式集电

4、器进行电能采集该设备在注水系统中应用有如下问题:,在电机设计上,采用内置集电环,即集电环置于电机前、后轴瓦之间,集电环与电机转轴完全同心,碳刷抖动小,使用寿命长。同时省去了外置的集电器,使内反馈电机结构更加简单,机械设备连接点更少,内置集电环内反馈电机,因此,一、斩波内馈调速技术原理二、现场试验情况三、取得的认识,杏十注水站建于1993年2005年为适应三元开发需要进行扩建,目前有三元注水电机2台,设计三元注水能力1.2104m3/d,该区块三元注入井注水量在,根据开发预测,0.571.06104m3/d之间,波动较大,在未采取措施前,采用阀门截流方式进行调节,平均泵水单耗为6.2kWh/m3

5、,三元驱注水电机需要一个有效的调速技术,降低系统能耗,因此,高于全厂平均单耗5.6kWh/m3,该工程于2009年9月对5号电机进行改造 2009年10月底安装完毕,进行试运调试工作,1、试验过程,在调试过程中出现了 等问题,电机振动大碳刷使用寿命短,开展了相应技术改进,解决该技术平稳运行的问题,对此,现场安装照片,水平频谱,垂直频谱,轴向频谱,水平,垂直,轴向,低频振动超标,从检测频谱上分析,当进行带载试验时,振动超过了0.3mm的振动标准,(1)研究电机安装配套技术解决振动问题,通过将原来的轨道式底座改造为框架式底座,解决了水平振动大的问题,通过重新建设基础,调整固定螺栓数量,解决了垂直振

6、动大的问题,针对振动超标问题制定以下措施:,通过增加泵与电机之间轴向补偿量的方法,将原来没有轴向补偿量的弹性柱销连轴器调整为膜片联轴器,解决了轴向振动大的问题,弹性柱销式联轴器 膜片式联轴器 联轴器膜片,通过以上措施使电机振动控制在0.3mm的指标以内,保证了电机平稳运行,电机带载振动测试表,碳刷材质的优选,(2)进行碳刷磨损原因研究,提出解决对策,针对碳刷磨损快的问题,对其进行了优选及改进,碳刷参数表,为了使导电性能不下降,对碳刷的数量进行了增加经计算将原来27组碳刷增加到现在的36组碳刷,碳刷的温度控制 碳刷温度过高,会使其强度下降,加大了磨损量。因此,为电机滑环增加了专用的冷却风道,由一

7、台功率为7.5kW的风机为其散热,采用垂直风道,使风道入口位于电机上端,使电机内部三排碳刷都能均匀散热,延长了使用寿命,水平风道,改造为,垂直风道,滑环,滑环,碳刷的跳动 原碳刷支架为单侧固定,安装在末端的碳刷抖动大,导致磨损量加大,经一系列的改进,碳刷更换周期由30天增加到90天左右,实施两侧固定以减少其端点抖动,因此,对滑环支架进行改造,碳刷,滑环,滑环支架示意图,(1)调速能力测试,2、斩波内馈调速装置的调试,斩波内馈调速系统正常运转后,进行了调速范围试验,该装置可实现1850rpm2960rpm范围内的无级调速,斩波内馈调速装置调速范围表,以5号注水机组在2011年5月10日的测试为例

8、:,该三元注水站所辖4个注入站,注入井211口,平均注入压力13.0MPa,三元母液注入量4200m3/d,注水量5100m3/d,注水管网损失0.1MPa,因此,我们将注水泵压设定到14.8MPa,电机转速控制在2700rpm左右,可满足生产需要,区域内三元注入井破裂压力统计表,(2)运行参数的确定,(3)取得的节能效果 杏十注水站5号机组应用斩波内馈调速技术后取得如下节能效果:,5号注水机组运行报表,从近期报表来看,在泵压为14.8MPa情况下,具体运行参数见下表:,15.56,泵压MPa,应用前,应用后,14.8,5100,水量m3/d,应用前,应用后,6.2,单耗kWh/m3,应用前,

9、应用后,5.4,中国石油天然气集团公司节能技术监测评价中心测试(测字第2011013号)的测试结果如下:,注水机组测试对比表,谐波电流:3次6.3A、5次6.0A,符合国家相关标准要求,按泵水单耗5.4kWh/m3计算,单耗下降0.8kWh/m3可实现年节电156.8104kWh,扣除每年风机耗电及碳刷更换费用12万元年效益80.5万元,投资回收期2.8年,2011年4月20日至今累计运行329天,在满足正常单井注入压力需求的情况下,管压稳定在14.8MPa左右节能效果较好,泵水单耗为5.5kWh/m3左右,3、实际运行情况,单井玻璃钢管线穿孔注入井调剖,水量波动较大系统管压不稳定,为满足注入

10、需求,注水站阶段运行压力保持在较高水平,导致,受,5号注水机组运行报表,调剖期间泵压上升到15.4MPa平均泵水单耗升高到5.9kWh/m3节能效果受到限制,为了能够适应注入压力的迅速变化、减轻工人的劳动强度,我厂在杏二十联进行的斩波内馈改造中加入了压力连锁闭环改造,目前改造正在进行中,改造完成后可使该技术实现速度实时适应压力变化的功能,为了延长碳刷使用寿命及保证使用期间的安全性,同样在杏二十联改造中加入了碳刷磨损报警功能,来提高其运行时率及运行期间的安全性,发挥其最大的经济效益,共更换碳刷4次,累计144只,更换周期为3个月,运行期间,磨损前碳刷,磨损后碳刷,警戒线,警戒线,一、斩波内馈调速技术原理二、现场试验情况三、取得的认识,(2)在三采注水系统应用该技术,可解决注水能力难以合理匹配的问题,建议在产能建设中新建注水泵时考虑应用该技术,避免后期改造过程中电机更换工程量,进一步提高该技术应用效益,(1)斩波内馈技术在油田注水大功率、高转速工况条件下可行,节能效果较好,(4)调速装置和内反馈电机的维护、使用与常规鼠笼电机及配电柜不同,需要培养专业的维护力量,(3)在注水系统应用斩波内馈调速技术应采用IGBT斩波、内置式集电器、高强度电化石墨碳刷以及膜片式联轴器,保证设备的平稳运行,敬请各位领导批评指正,汇报结束,

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