油田高壓柱塞泵排液閥密封失效原因分析及改進(jìn)

田新民，李 穎

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采油廠，寧夏 銀川 750006）

近年來(lái)，油田為適應(yīng)大規(guī)模開發(fā)的需要，多采用大排量高揚(yáng)程的柱塞泵進(jìn)行注水。在回注油田開采的污水時(shí)，由于這些污水溫度高，水質(zhì)差，造成柱塞泵的進(jìn)液閥、排液閥與注清潔的新鮮水相比，壽命明顯降低。由于修泵需要停泵，影響正常生產(chǎn)，且造成勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本的增加。

一、柱塞式注水泵泵頭結(jié)構(gòu)及工作原理

1．柱塞式注水泵泵頭結(jié)構(gòu)

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采油廠有柱塞式結(jié)構(gòu)的注水泵150余臺(tái)，其動(dòng)力端的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 柱塞式注水泵動(dòng)力端結(jié)構(gòu)圖

該類型結(jié)構(gòu)的閥，在實(shí)際使用中，當(dāng)泵注水壓力在15MPa時(shí)注污水，排液閥的平均壽命只有700h左右。在注高壓和高溫的污水時(shí)，排液閥使用壽命更短。而同樣結(jié)構(gòu)的進(jìn)液閥使用壽命卻較長(zhǎng)，排液閥的壽命一般只有進(jìn)液閥壽命的1/3左右。

2．柱塞式注水泵進(jìn)、排液閥工作原理

進(jìn)液閥和排液閥結(jié)構(gòu)一樣，其工作原理是：柱塞向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，壓縮泵頭內(nèi)的液體，進(jìn)液閥關(guān)閉，排液閥的上閥體被推開，高壓液體沿著上閥體密封面和閥座上密封面直接形成的流道，其壓力必須克服排液閥上閥體上部的壓力形成的作用力，因此排液閥流過(guò)的液體壓力高。柱塞向后運(yùn)動(dòng)，泵頭內(nèi)壓力下降，排液閥關(guān)閉，進(jìn)液閥上閥體克服外部進(jìn)液管線液體壓力和泵頭內(nèi)的壓力差的作用，向上移動(dòng)，液體流入泵頭。

二、排液閥密封失效原因分析

排液閥上閥體開啟時(shí)，高壓的液體流過(guò)上閥體與閥座形成的流道時(shí)，由于上閥體的錐形密封面改變高壓流體的運(yùn)動(dòng)方向，對(duì)液體形成一定阻力，導(dǎo)致高壓液體對(duì)錐形密封面的高壓沖刷。上閥體密封面被高壓水嚴(yán)重沖刷后，造成密封面材料脫落，密封面上沿著水流方向形成許多有規(guī)則的溝槽，導(dǎo)致密封面漏水而失效，在注污水時(shí)，由于污水具有腐蝕性，更加劇了排液閥的損壞。因此，高壓液體對(duì)排液閥上閥體密封面的沖刷是導(dǎo)致其損壞的主要原因。

三、排液閥密封失效解決方案

圖2是改進(jìn)后的排液閥結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是在排液閥上閥體密封面下面增加了一個(gè)密封凸緣。

其工作原理是：排液閥上閥體開啟時(shí)，上升一段距離h，液體才能通過(guò)密封凸緣與閥座形成的流道，由于上閥體上升一段距離h，高壓液體在通過(guò)密封凸緣與閥座形成的流道時(shí)，密封凸緣的下部改變了高壓液體的運(yùn)動(dòng)方向，液體不能直接沖刷上閥體密封面，從而解決了排液閥上閥體密封面被高壓液體沖刷造成的損壞，閥的壽命大大提高。

圖2 改進(jìn)后的進(jìn)、排液閥結(jié)構(gòu)

四、效果

2010年在第三采油廠靖安集輸大隊(duì)一臺(tái)注水泵上，安裝了三組改進(jìn)后的排液閥進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在泵壓為15MPa的情況下，使用3個(gè)月后檢查新結(jié)構(gòu)的排液閥上閥體，閥體密封面沒(méi)有損壞，密封效果良好。

通過(guò)對(duì)柱塞式注水泵排液閥上閥體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，改變了高壓液體流動(dòng)的方向，避免高壓液體直接沖刷排液閥上閥體密封面，從而延長(zhǎng)了排液閥的使用壽命。