呂亳龍 林冉 魏江東 解紅軍（中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院）

油田低效電動(dòng)機(jī)高效再制造技術(shù)研究

呂亳龍 林冉 魏江東 解紅軍（中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院）

電動(dòng)機(jī)是油田生產(chǎn)中使用最多的耗電設(shè)備，中國(guó)石油油氣田共有各類電動(dòng)機(jī)約20萬(wàn)臺(tái)，總裝機(jī)功率925×104kW，由于低效電動(dòng)機(jī)使用、生產(chǎn)負(fù)荷波動(dòng)、機(jī)泵匹配不合理等原因造成部分電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率低，能量浪費(fèi)嚴(yán)重。通過(guò)高效再制造技術(shù)，可將油田低效電動(dòng)機(jī)個(gè)性化再制造為工況合理匹配運(yùn)行的高效電動(dòng)機(jī)，并具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。中國(guó)石油推廣低效電動(dòng)機(jī)高效再制造技術(shù)，可形成年節(jié)能量1.03×104t（標(biāo)煤），減少CO2排放量2.54×104t。

低效電動(dòng)機(jī)；再制造產(chǎn)業(yè)；試驗(yàn)評(píng)價(jià)

電動(dòng)機(jī)是油田生產(chǎn)中應(yīng)用量最大的耗能設(shè)備驅(qū)動(dòng)裝置，應(yīng)用范圍廣，耗電量大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)石油企業(yè)主要耗能設(shè)備驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)共有20萬(wàn)臺(tái)，年總耗電量約280×108kWh，占全油田總耗電量的65%左右。油田企業(yè)主要耗電設(shè)備集中在抽油機(jī)、注水泵兩類，總裝機(jī)容量占油田所有電動(dòng)機(jī)的72%。目前，仍有部分在用電動(dòng)機(jī)屬于《高耗能落后機(jī)電設(shè)備（產(chǎn)品）淘汰目錄》的低效電動(dòng)機(jī)，既不符合國(guó)家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策的要求，又造成巨大的能源浪費(fèi)。

1 技術(shù)特點(diǎn)

電動(dòng)機(jī)高效再制造就是將低效電動(dòng)機(jī)通過(guò)重新設(shè)計(jì)、更換零部件等方法，再制造成高效率電動(dòng)機(jī)或適用于特定負(fù)載和工況的系統(tǒng)節(jié)能電動(dòng)機(jī)（如變極多速電動(dòng)機(jī)、變頻電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)等）。電動(dòng)機(jī)高效再制造不光用到新的材料，還有新的拆解、加工工藝，實(shí)施個(gè)性化重新設(shè)計(jì)。

電動(dòng)機(jī)高效再制造技術(shù)實(shí)施個(gè)性化的與運(yùn)行工況匹配的再制造，節(jié)能效果更好，沒(méi)有特殊尺寸安裝的問(wèn)題，成本較低，與普通的維修改造相比，具有其特點(diǎn)[1]，見(jiàn)表1。

2 應(yīng)用研究

油田主要耗電設(shè)備集中在抽油機(jī)、注水泵兩類。其中，抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)單機(jī)裝機(jī)功率較小，負(fù)載波動(dòng)較大、負(fù)載率低、“低負(fù)荷”現(xiàn)象嚴(yán)重，運(yùn)行能效水平低；注水泵電動(dòng)機(jī)單機(jī)裝機(jī)功率較大，負(fù)載相對(duì)平穩(wěn)，負(fù)載率高，運(yùn)行能效水平相對(duì)較高。這兩類電動(dòng)機(jī)代表著油田應(yīng)用最為廣泛的兩種功率范圍、兩種負(fù)載特性的電動(dòng)機(jī)。因此，篩選了長(zhǎng)慶油田某抽油機(jī)井在用Y160L-8普通三相異步電動(dòng)機(jī)和注水泵在用Y355L2-6普通三相異步電動(dòng)機(jī)各1臺(tái)進(jìn)行再制造研究。

2.1 技術(shù)手段

電動(dòng)機(jī)高效再制造是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需針對(duì)電動(dòng)機(jī)各部分零部件，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載情況實(shí)施個(gè)性化的措施。具體表現(xiàn)在以下方面：

1）定子、轉(zhuǎn)子再制造。經(jīng)性能評(píng)估可以利舊的定子、轉(zhuǎn)子，通常需要重新設(shè)計(jì)，采用退火、精加工工藝等降低損耗。

2）定子線圈的拉出。再制造通常采用無(wú)損、安全環(huán)保的線圈拆解工藝。

3）轉(zhuǎn)軸的再制造。通過(guò)評(píng)估原轉(zhuǎn)軸的性能，確認(rèn)其是否可以利舊，采用大軸改小軸等方式進(jìn)行再制造。

4）機(jī)殼與端蓋的再制造。采用超聲波清洗，重新裝配、油漆等恢復(fù)外觀。

5）軸承的更換。因磨損或電蝕等造成損傷，需要更換軸承。

6）風(fēng)扇與風(fēng)罩的更換。通常需更換新型節(jié)能風(fēng)扇和散熱效率高的風(fēng)罩。

7）接線盒的更換。接線盒與接線裝置需滿足電動(dòng)機(jī)個(gè)性化再制造的控制要求，通常需要更換。

表1 普通維修改造與電動(dòng)機(jī)高效再制造的區(qū)別

表2 三相異步電動(dòng)機(jī)改造前后效果對(duì)比表

2.2 運(yùn)行情況分析

Y160L-8型三相異步電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率為7.5 kW，由于抽油機(jī)負(fù)載波動(dòng)較大，電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于“低負(fù)荷”的輕載狀態(tài)運(yùn)行，功率利用率低，將其再制造為7.5/5.5/3.75 kW的“三功率電動(dòng)機(jī)”。

由表2可知，電動(dòng)機(jī)常態(tài)處于3.75 kW低功率段運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)提高0.177 7；電動(dòng)機(jī)輸入有功功率降低0.292 kW；輸入無(wú)功功率降低4.701 kvar；運(yùn)行效率提高到75.71%，由于電動(dòng)機(jī)自身?yè)p耗降低，且負(fù)載率提高，其運(yùn)行效率也顯著提高。通過(guò)計(jì)算，再制造后的“三功率電動(dòng)機(jī)”運(yùn)行有功節(jié)電率達(dá)16.49%，無(wú)功節(jié)電率達(dá)58.73%，綜合節(jié)電率達(dá)28.70%。

Y355L2-6型三相異步電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率315 kW，運(yùn)行相對(duì)平穩(wěn)，電動(dòng)機(jī)負(fù)荷率較高，但由于制造工藝落后，定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅耗、雜散損耗均較大，無(wú)功功率較高，鐵芯發(fā)熱大，運(yùn)行鐵芯溫度達(dá)57.7℃，運(yùn)行效率不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，將其再制造為鑄銅轉(zhuǎn)子高效三相異步電動(dòng)機(jī)。

由表2可知，由于電動(dòng)機(jī)自身?yè)p耗降低，電動(dòng)機(jī)無(wú)功功率減少4.2 kvar，降幅為4.5%；功率因數(shù)提高0.007 2，經(jīng)計(jì)算，該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)注水泵機(jī)組單位注水量電耗降低0.157 kWh/m3，機(jī)組運(yùn)行單耗降低0.157 kWh/m3。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率提高1.06百分點(diǎn)，滿足電動(dòng)機(jī)運(yùn)行能效等級(jí)要求，機(jī)組運(yùn)行效率提高2.4%。

2.3 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

1）電動(dòng)機(jī)高效再制造技術(shù)有良好的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果，電動(dòng)機(jī)高效再制造技術(shù)應(yīng)用后，靜態(tài)投資回收期為2.2年，萬(wàn)元投資節(jié)能量可達(dá)2.03 t（標(biāo)煤），高于中國(guó)石油電動(dòng)機(jī)提效項(xiàng)目平均水平。

2）電動(dòng)機(jī)高效再制造技術(shù)有良好的社會(huì)效益和能源效益。試驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的材料利舊率分別達(dá)到98%和75%，節(jié)約了淘汰電動(dòng)機(jī)廢舊鋼鐵熔煉以及新電動(dòng)機(jī)電工鋼生產(chǎn)的額外能源消耗和金屬資源。據(jù)測(cè)算，試驗(yàn)再制造電動(dòng)機(jī)共節(jié)約硅鋼片1967 kg，節(jié)約鑄鐵1777 kg，節(jié)約新電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)能耗4.34 t（標(biāo)煤），減少CO2排放量27.05 t。

3 結(jié)論

電動(dòng)機(jī)再制造是一項(xiàng)系統(tǒng)節(jié)能工程，具有較大的推廣前景。據(jù)測(cè)算，若對(duì)油田10×104kW電動(dòng)機(jī)實(shí)施高效再制造，可形成年節(jié)電量3211×104kWh，萬(wàn)元投資節(jié)能量為2.09 t（標(biāo)煤）。另外，可節(jié)約新電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)用硅鋼片601 t，節(jié)約鑄鐵543 t，節(jié)約新電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)過(guò)程能源消耗1 325.6 t（標(biāo)煤），相當(dāng)于減少CO2排放量3 466.6 t。

[1]李光耀.電動(dòng)機(jī)高效再制造簡(jiǎn)介[J].電動(dòng)機(jī)與控制應(yīng)用，2012，39（4）：1-3.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.01.006

2016-10-21

（編輯 沙力妮）

呂亳龍，工程師，2012年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）（油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)），從事油氣田與管道節(jié)能節(jié)水技術(shù)研究與管理支持工作，E-mail：lvbolong@petrochina.com.cn，地址：北京市志新西路3號(hào)中國(guó)石油規(guī)劃總院，100083。