注水系统效率测试方法及提升方法研究
摘要
作者在2015年1-9月份完成了25站次的系统效率测试分析，重点针对S厂铜庄、欧北、王龙庄、天95、秦3等注水站开展了系统效率提升相关措施，主要的措施有变频器参数调整、注水泵排量改小、注水泵运行时段调整、注水管网沿程损失控制、降低部分单井注水压力等。采取措施实施后，S厂系统效率由2015年年初的43.7%，提升至目前的47.4%，上升了3.7%。单位注水能耗由2015年年初的8.45KWh/m3，下降至项目实施后的7.56KWh/m3。通过实际能耗测算对比，S厂能耗1-12月份节约18.94万KWh。
关键词：注水，系统效率，测试，节能
1 概况
1.1 生产情况
截止到2015年8月底，S厂共有注水站17座，注水泵27台，均为柱塞式往复泵，总装机容量1659KW，设计注水能力117.57×104m3/a，实际注水量水平37.8×104m3/a（含回填11.8×104m3/a）。
另外，有秦3、欧庄、潘庄、花园、桃4、程6、关11、天33、王14、天92等10座零散区块注水站。
1.2 注水系统效率状况
2010年至2014年，注水站由9座增加至17座，注水井由43口增加到68口，注水量由33.7×104m3增加到38.6×104m3。2014年较2010年增加注水耗电19.4×104KWh。注水单耗和注水标耗基本平稳，注水系统效率由59.3%下降到46.4%。
表2 2010-2014年间注水系统效率变化情况
2 影响注水系统效率原因分析
对影响注水系统效率的原因分析是开展系统效率提升工作的重点。从2014年3月以来，开展了大量的系统效率测试和分析工作，发现和掌握了影响S厂注水系统效率的几个关键因素：
2.1 大马拉小车现场普遍，泵机组自身损耗大。
2015年上半年，S厂主要注水站在用注水泵总装机容量约为868.5KW，而实际运行时功率合计约为337.23KW，平均负载率为38.82%。大马拉小车现象较为突出的注水站有王龙庄、秦3等注水站，负载率仅为22%、15%。
造成大马拉小车现象突出的原因有：（1）注水泵排量选型偏大，所匹配的动力设备功率较大；（2）部分注水区块注水压力不高，注水用能偏低。大马拉小车现象突出，造
成泵机组自身损耗大，如王龙庄达到34%，秦3达到23%。
2.2 泵排量偏大导致部分注水站打回流。
泵排量偏大也是大马拉小车的一种表现形式，主要原因是泵的额定排量较实际注水量严重偏大，泵需要通过变频、改小甚至打回流等方式满足实际注水需要。S 厂在此方面主要表现在：
（1）打回流现场仍然较突出。目前S 厂存在打回流的注水站有：王龙庄、秦3、关7、程6、桃4等。打回流是一种直接浪费系统能耗的方式，可以用下面的公式（公式1-1）表达：
……………………………（1-1） 通过实测数据分析，由于打回流浪费的能耗为420KWh/d 。
（2）全厂注水泵运行频率普遍偏低，仅为33.56HZ 。部分甚至低于极限频率30HZ ，如阳6、王龙庄、铜庄等。根据注水开发需要，一旦部分低频率运行的站需要进一步下调注水量，将不得不采用打回流运行。
（3）尽管部分站采用柱塞改小措施，但仍然满足不了杜绝打回流的需要。如王龙庄、秦3、桃4、关7等。即使改小后注水泵额定排量由23.7下降到13.5m 3/h ，仍超过实际需要2.87m 3/h 。
2.3 大部分站管网损失大，节流现象突出
通过系统效率检测分析发现，管网损失是注水系统能量浪费最大的方面。全厂主要注水站平均管网损失约占总系统能耗的28%，其中管损较高的有欧北（0.49）、天95（0.42）、铜庄（0.42）、朱庄1#（0.38）。管网损失的高低受到地质、工艺和管理等方面的制约。
（1）地质方面。一个注水系统中注水井注水压力差距较大，为了满足高压井的注水需要，低压注水井的泵压相对偏高，造成节流损失较大。如天95、朱庄1#；
（2）工艺方面。地面管网及调配流程工艺特点也是一个重要的方面，一般情况下简单的流程管网损失较小，复杂的容易形成更多的管网损失。如欧北站的两级配水间配水+单井大量回填，无形中要求有较高的泵压来满足最远端的单井注水。
（3）管理方面。多分支单井恒流配注工艺对管理方面的要求较高，若管理不善，
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会造成注水系统管网损失大幅增加。如铜庄站、阳6、天95，现场配水常常采用配水间、井口闸门、恒流配水器三级配水，形成三级节流，管网损失大大增加。
2.4 部分注水泵排液效率偏低，工况较差。
注水泵排液效率反应了注水泵的工况水平，排液效率损失与系统耗能的损失成正比。影响泵效高低的主要原因有：（1）阀组内漏；（2）盘根刺漏；（3）进液管线不畅或供液不足。经过测算，全厂注水泵排液效率为84%，泵外漏或内漏现场较为普遍。另外，桃4、朱庄1#2#进液不畅现象较突出，其中桃4因为进液不畅造成的损失大约占整个系统能耗到54%。
2.5 计量器具不准导致测试误差大。
计量器具的准确性不仅是精细注水的基础，也是开展注水系统效率测试和影响因素分析得基础，若计量器具不准则会导致重要的数据不准，最终导致系统效率测试结果严重失真。如：2014年王龙庄注水站单井流量计老化严重，误差较大，系统效率测试数据显示管网损失高达54%，至2015年5月更换新流量计后，测试结果显示管网损失立即下降25%。
3 主要措施开展情况及成效
3.1 开展系统效率测试和分析工作
系统效率测试是开展系统效率分析的前提，是挖掘提升潜力的基础，贯彻于整个过程中，系统效率测试方法的研究、测试、分析工作为开展系统效率提升的首要工作开展。
作者在查阅大量的文献、资料的基础上研究、摸索，逐步掌握了三种计算方法，并在注水系统效率测试过程中进行尝试和验证，最终总结出适合零散区块的系统效率测算和分析方法--节点能量平衡计算方法[1]。
3.1.1 “标准”方法。
即采用SY/T5265标准中的系统效率计算方法，该方法将注水系统分为电机、机组、管网三个子部分，分别计算三个子系统的效率，其各测点示意图如下：
