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油田供水系统改造研究与实践

作时间:2019-06-28  来源:  编辑:
   
摘 要:通过长期对供水系统节能运行研究,先后在不同的供水系统实施了生活水厂分时段变频变压供水、供水管线压力自动调节、多水源混合供水等节能技术。其中,分时段变频变压供水技术实施后,解决了生活水厂在用水低峰时段供水压力过剩的问题,比变频恒压供水多节能5%左右;供水管线压力自动调节技术实施后,解决了小区供水压力过剩问题;多水源混合供水技术实施后,解决了油田开发用水水源缺乏、水质不达标的问题。上述供水节能措施均达到了预期效果,经济效益显著。
目前,油田供水行业中普通采用变频恒压供水,辅助以管网水力模型进行供水管网的供水压力调整,在保障供水的情况下具有一定的节能效果,但是恒压供水的压力是以一天中用水高峰时间的供水压力设定的,在用水低峰时段存在很大的压力过剩,造成能源浪费。同时因管网压力超过用水需要,造成供水管线跑冒滴漏,损失水量增加,无形中增加了供水企业的营运成本。另外,在供水压力高的用水区域,因水龙头压力高、出水量大,用户的平均用水量要高于供水压力正常区域的用户平均用水量。对此,河南油田开展了针对性研究,实施了生活用水水厂的分时段变频变压供水、供水管线压力自动调节技术、多水源混合供水技术等,取得了预期效果,并获得了一项国家发明专利授权和多项实用新型专利授权。
1  供水系统改造前情况
1.1黄山水厂
黄山水厂地处平原地区,1997年建成,设计供水能力为5万m3/d,并预留扩建至8万m3/d供水设施安装场地和供水管线输送能力,由地下水水源井提供水源,经水厂内2个5000m3钢质蓄水罐缓冲后,向油田居民供水。水厂设计有6台水泵,3台大泵额定流量1000m3/h,3台小泵站额定流量486m3/h;水厂建成后非常大日供水量4.5万m3,供水压力在0.33MPa左右,2005年实施了变频恒压供水技术改造,改造后日供水量2.6万m3左右,供水压力在0.31MPa左右。
1.2双河水厂
双河水厂地处丘陵地区,1998年建成,设计供水能力为1.5万m3/d,由虎山水库提供水源,建设有一二级泵房,机械搅拌澄清池等水处理设施,二级泵站安装有5台水泵,2台大泵额定流量486m3/h,扬程56m,非常大日供水量1.4万m3,2005年实施了变频恒压供水技术改造,改造后日供水量1.3万m3左右,供水压力在0.52MPa左右。
1.3井古供水系统
井古供水系统为井古油田开发供水,井古油田属于稠油油田,稠油开发需要高温高压蒸汽进行驱油,但是油田所处位置的地下水水质较差,硅含量较高,水质达不到75t高压蒸汽锅炉的用水要求,同时地下水水源井开采成本高,产水量也较低。而地表水倪河水库水,水源的磷和耗氧量指标超标,水质也达不到75t高压蒸汽锅炉的用水要求,再加之地表水源受区域降雨量影响较大,尤其在枯水年份其水量也难以满足油田开采用水要求。
1.4高层楼房二次加压供水
目前河南油田的高层楼房二次加压供水多采用高位水箱缓冲,变频恒压供水,1~6楼由自来水厂直接供水,7楼及以上楼层通过二次加压供水,但高位水箱的设置,使水厂来水约0.2MPa的供水压力浪费,产生不必要的能耗,不利于供水节能和降低运行成本。
2  河南油田供水节能技术研究与实践
2.1生活用水水厂的分时段变频变压供水
2005年左右,河南油田黄山水厂和双河水厂实现了变频恒压供水,运行至2006年底,通过对供水管末端的供水压力监测和分析,得出在用水低峰时段,特别是每天凌晨的1~5点,居民用户基本不用水,黄山水厂末端的供水压力比用水高峰时段高0.07MPa,双河水厂末端的供水压力比用水高峰时段高0.12MPa,存在供水压力的严重过剩。
变频恒压供水系统是由电机、水泵、供水管线、压力变送器、智能调节仪和变频器组成的一个闭环控制系统,根据用户用水量的变化,自动调节水泵的供水压力,达到恒压供水的目的。研究认为,在用水低峰时段让变频恒压供水系统检测到的供水压力高于实际值,闭环控制系统会自动降低水泵的供水压力,使检测到的供水压力与智能调节仪设定的压力相同,实现用水低峰时段的供水压力低于用水高峰时段的供水压力,实现了分时段变频变压供水。
实施方法十分简单,其工作原理如图1所示。
通过在压力变送器和智能调节仪之间设置分流电路,分流电路接入闭环控制系统后,智能调节仪检测的供水压力高于实际供水压力,闭环控制系统自动降低水泵的供水压力,使检测到的供水压力与智能调节仪设定的压力相同,从而达到在用水低峰时段降低供水压力目的。简单的分流电路如图2所示,由可编程时间控制器J和电阻R组成,可编程时间控制器J根据预先设定,在不同的时段接入或切除电阻R,从而实现在不同的供水时段自动改变供水压力。
分流电路工作原理
可编程时间控制器可在多个时间段接入或切除分流电阻,使水厂出口的供水压力在不同时间段变高或变低,当然,接入多个分流电路,实现更多的压力变化,至少可以设置2个分流电路,一个用于白天和午夜之前不同用水时段的供水压力控制,一个用于午夜之后的供水压力控制。
按照该技术方案,原材料投资在2000元以内。
2007年完成了对双河水厂和黄山水厂的供水系统的改造,实现了分时段变频变压供水。通过实验,双河水厂在丘陵地区,用水低峰期压力控制为0.46MPa,用水高峰期压力控制为0.52MPa;黄山水厂在平原地区用水低峰期压力控制在0.28MPa,用水高峰期压力控制为0.30MPa。通过这种方法进行供水,可比变频恒压供水多节能5%左右。该技术获得了国家2项实用新型专利授权和1项发明专利授权[1]。
2.2供水管线压力自动调节技术
双河水厂地处丘陵地区,水厂位于低洼位置,因此供水压力较高,同时低洼地区的双河水电基地生活小区、双河村委等用户供水压力严重过剩,由于管线老化和水中消毒剂对管线腐蚀等原因,管线暗漏时常发生,供水损失水量很大。因此,实现供水压力自动调节是解决问题的关键,河南油田研究出在供水管线上安装带电动调节阀,与压力变送器、智能调节仪组成闭环控制系统,对供水压力进行闭环控制。
首先在双河村委的供水管线上实施该技术方案,通过在供水管线上安装一个电动调节阀门和压力变送器,同时在附近安装一个由控制电源、继电器、智能调节仪组成的控制箱,实施该项目投资成本在2万元以内。
项目建成后,通过将双河村委的供水压力设定并控制在0.17MPa,减少了水量损失。之后在双河水电基地小区和双河新区等生活小区进行了推广应用,均取得了很好的节能效果,并获得了国家实用新型专利授权[2]。
2.3多水源混合供水
井古供水系统由古城水源井水源和倪河水库水源共同供水。改造前只能用其中一个水源进行供水,即使两个水源同时供水,由于无法保持非常佳的取水比例,同样无法保证水质合格。
研究认为,地表水不含超标物质硅,而地下水也同样不含超标物质磷,也不存在耗氧量指标超标的问题。采用两个水源混合供水的方式,通过稀释超标物质,使水质和水量均能达到井古油田的开采需求,但混合比例的控制是解决问题的关键。
采用的技术方案是:通过水泵、流量计、变频器和PLC可编程控制器(内部带PID智能调节功能)组成定量闭环控制取水系统,在地下水源井和倪河水库泵站各安装一套,值班室安装一套控制App,通过控制App设置两个取水系统各自用取水量,实现以非常佳的比例取水,混合后供给75t高压蒸汽锅炉,混合后水的硅、磷含量和耗氧量均不超标。
2014年项目实施后,达到了预期效果,既解决了水质不合格的问题,也解决了单一水源供水量不足的问题,经济效益十分显著。该技术获得了国家实用新型专利授权[3],同时还申请了发明专利[4]。
2.4高层楼房二次加压供水
河南油田某小区因住户反映位于地下室的加压水泵振动噪声太大,要求进行改造。通过研究国内高层楼房二次加压供水方面的节能技术,选择了无负压供水设备[5],并将供水设备从地下室移至小区一角,实施后节能20%左右,同时消除共振噪音对住户的影响。考虑改造成本等影响,其他小区将在设备大修时全部进行改造。
3结论
1)生活用水水厂用水高峰时段和用水低峰时段的用水量变化很大,分时段变频变压供水是必然的选择,可在变频恒压供水的基础上再节能5%以上。
2)在山区或丘陵地区的生活小区供水水厂,一定要对压力过剩的低洼区进行供水压力控制,供水压力过高造成管线跑冒滴漏损失水量大,同时不利于用户节约用水,供水管网压力自动调节方案可以采取分时分压调节,即在用水高峰供水压力高些,而用水低峰则供水压力低些。
3)对于有水质要求的供水,且多个水源的不同指标超标不多的情况下,可采用多水源混合供水,多水源混合供水与建设水处理厂和开发新的水源相比,增加的投资和运行成本均可忽略不计。
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