常用典型油氣混輸泵性能比較分析及認(rèn)識(shí)

（中石化重慶天然氣管道有限責(zé)任公司，重慶 408000）

常用典型油氣混輸泵性能比較分析及認(rèn)識(shí)

王磊

（中石化重慶天然氣管道有限責(zé)任公司，重慶 408000）

通過(guò)論述國(guó)內(nèi)外油氣混輸泵種類(lèi)、原理、結(jié)構(gòu)，分析了不同油氣混輸泵的性能并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，并從油氣混輸泵性能與經(jīng)濟(jì)效益的角度對(duì)單螺桿式泵、雙螺桿式泵、內(nèi)壓縮式雙螺桿泵、擺動(dòng)轉(zhuǎn)子泵等使用范圍及適用條件進(jìn)行說(shuō)明。

混輸泵；性能；經(jīng)濟(jì)效益

1 國(guó)內(nèi)油氣混輸泵的類(lèi)型和技術(shù)特點(diǎn)

目前國(guó)內(nèi)主要有單螺桿式泵、雙螺桿式泵、內(nèi)壓縮式雙螺桿泵、擺動(dòng)轉(zhuǎn)子泵等混輸泵。因原理和結(jié)構(gòu)不同，其性能不同。

1.1 單螺桿式混輸泵

單螺桿式混輸泵實(shí)際上就是應(yīng)用于油氣水混輸工況下的普通單螺桿泵的改進(jìn)。就工作原理和關(guān)鍵工作部件的設(shè)計(jì)思想而言，兩種泵沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。盡管單螺桿式多相泵較普通的單螺桿泵在某些部位的設(shè)計(jì)有所改進(jìn)，但單螺桿混輸泵在繼承了普通單螺桿優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也不可避免的繼承了其短處，造成了單螺桿式混輸泵的致命的缺陷。

（1）泵的傳輸部件一個(gè)是鋼質(zhì)轉(zhuǎn)子，一個(gè)是軟質(zhì)襯套，兩者在轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中過(guò)盈配合形成輸送介質(zhì)的密封容腔，故能氣液混輸，同時(shí)對(duì)輸送介質(zhì)中的固體顆粒不敏感，是單螺桿式混輸泵相比于雙螺桿式混輸泵最大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)含砂量大工況有一定的應(yīng)用前景。（2）單螺桿泵的轉(zhuǎn)子部件從原理上就必須是偏心轉(zhuǎn)動(dòng)，因而不可能在與電機(jī)直聯(lián)的高速條件運(yùn)轉(zhuǎn)，而必須借助減速機(jī)進(jìn)行減速，所以整個(gè)機(jī)組較雙螺桿混輸泵復(fù)雜，機(jī)組體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雙螺桿混輸泵。（3）單螺桿泵增壓效果差。單螺桿泵無(wú)法滿足壓力較大工況。由于單螺桿泵只能低速運(yùn)轉(zhuǎn)，限制了其向大流量、高壓力發(fā)展的趨勢(shì)。（4）單螺桿泵工作時(shí)轉(zhuǎn)子與橡膠定子處于過(guò)盈配合，必須有充分的潤(rùn)滑冷卻，而對(duì)于油田油氣混輸泵工況來(lái)說(shuō)，單螺桿泵很難滿足斷塞流的工況要求。

可見(jiàn)，單螺桿泵有較強(qiáng)的抗砂能力，但幾乎為零的抗干轉(zhuǎn)能力使得其很難成為真正意義上的油氣混輸泵，只在含氣量較低、斷塞流很小、時(shí)間極短的工況下有一定的市場(chǎng)。

1.2 內(nèi)壓縮式雙螺桿多相泵

內(nèi)壓縮式雙螺桿多相泵是從雙螺桿壓縮機(jī)改型設(shè)計(jì)完成的一種多相混輸設(shè)備，目前還未發(fā)現(xiàn)國(guó)外有相同或相類(lèi)似的技術(shù)報(bào)道。

從設(shè)計(jì)原理來(lái)說(shuō)，輸送介質(zhì)從泵入口到出口之間的過(guò)程中，必須按設(shè)計(jì)的內(nèi)壓比被壓縮。對(duì)于氣液比恒定、來(lái)流壓力與出流壓力比恒定的特定情況下，的確達(dá)到了同時(shí)滿足氣液兩相對(duì)增壓的不同需要，成為氣液混輸?shù)囊环N高效設(shè)備。然而，對(duì)于油田油氣混輸?shù)膶?shí)際工況來(lái)說(shuō)，上述的情況是不存在的。

經(jīng)過(guò)多年的改進(jìn)，內(nèi)壓縮式雙螺桿混輸泵為克服設(shè)計(jì)原理上的缺陷，在結(jié)構(gòu)上作了大量的更新，在油田某些工況下也取得了一定的成功經(jīng)驗(yàn)，但由于原理上的根本原因，內(nèi)壓縮式雙螺桿混輸泵要求在使用上有如下的限制。

（1）含氣率影響，在泵前須加分離器，氣液分離后，分別通過(guò)液相管和氣相管進(jìn)入內(nèi)壓縮式雙螺桿多相泵，增加了流程的復(fù)雜性，投資增加50%以上。系統(tǒng)自帶一套潤(rùn)滑油潤(rùn)滑系統(tǒng)，增加了混輸泵的維護(hù)保養(yǎng)的難度及費(fèi)用。（2）操作程序復(fù)雜。泵啟動(dòng)時(shí)，涉及泵進(jìn)扣閥、泵出口閥、分離器進(jìn)口閥、氣相管進(jìn)口閥、旁通管線上的旁通閥、潤(rùn)滑油的注油閥等6個(gè)閥門(mén)的開(kāi)啟、關(guān)閉以及開(kāi)度大小等三種狀態(tài)，加之油泵的開(kāi)機(jī)順序與上述閥門(mén)的開(kāi)閉順序都有嚴(yán)格的要求，整個(gè)過(guò)程過(guò)于復(fù)雜。停機(jī)的過(guò)程也是同樣的繁瑣。（3）在泵入口的液相管道上必須安裝過(guò)濾器以防止來(lái)流中的固態(tài)雜質(zhì)對(duì)泵的損害。

1.3 雙螺桿混輸泵

雙螺桿混輸泵式從輸送液體的普通雙螺桿泵經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)發(fā)展出來(lái)的一種油氣水混輸泵，設(shè)計(jì)原理與普通雙螺桿泵沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，但其在設(shè)計(jì)中巧妙的利用了普通雙螺桿泵中存在的螺桿間隙和氣體的可壓縮性，借助于結(jié)構(gòu)上的特殊設(shè)計(jì)保證泵內(nèi)間隙的液態(tài)密封，真正實(shí)現(xiàn)了油氣水多相混輸。

（1）雙螺桿多相混輸泵完全適用從100%的氣到100%的液的不同來(lái)流工況。盡管實(shí)際工況大部分時(shí)間來(lái)流沒(méi)有這么大的變化范圍，但在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)適應(yīng)100%的氣和100%的液的工況是油氣混輸泵的基本要求，這也是雙螺桿混輸泵本質(zhì)上的優(yōu)勢(shì)。（2）油井來(lái)液可直接進(jìn)入雙螺桿混輸泵。工藝流程簡(jiǎn)單，整個(gè)系統(tǒng)體積小、重量輕、占地面積小、投資少。（3）雙螺桿混輸泵的密封由泵內(nèi)液相介質(zhì)冷卻潤(rùn)滑，軸承、齒輪由油脂或油箱中的齒輪潤(rùn)滑油，沒(méi)有任何附加的潤(rùn)滑設(shè)備，泵機(jī)組維護(hù)工作量幾乎為零。（4）操作程序極為簡(jiǎn)單。由于泵機(jī)組即是混輸泵與電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)泵時(shí)，只要打開(kāi)進(jìn)出口閥門(mén)，啟動(dòng)電機(jī)即可運(yùn)行。停泵后只要關(guān)閉進(jìn)出口閥門(mén)即可。（5）同內(nèi)壓縮式雙螺桿混輸泵一樣，須在泵的入口管道上安裝過(guò)濾器，過(guò)濾來(lái)流中的較大粒徑的砂粒。針對(duì)這一弱項(xiàng)。但現(xiàn)在國(guó)內(nèi)有的混輸泵廠家已能提供相應(yīng)的混輸泵專(zhuān)用過(guò)濾器。

表1 油田用典型混輸泵性能比較

1.4 BDHB型擺動(dòng)氣液混輸泵

該泵是一種容積式泵，其轉(zhuǎn)子與定子不接觸并保持0.01～0.03mm的間隙，保證在輸送氣體時(shí)具有高的容積效率，并且不存在磨損，在結(jié)構(gòu)上采用了金屬波紋管機(jī)械密封，具有抗振能力強(qiáng)，輔助密封點(diǎn)少的優(yōu)點(diǎn)，并配有潤(rùn)滑系統(tǒng)，保證濕潤(rùn)滑油的壓力始終略高于介質(zhì)壓力，對(duì)機(jī)封密封面進(jìn)行潤(rùn)滑和沖洗及冷卻，使機(jī)封的使用壽命大大提高。機(jī)組配有一個(gè)儲(chǔ)油罐，可以保證在機(jī)封泄漏時(shí)保護(hù)軸承和機(jī)封不會(huì)損壞，保證了機(jī)組具有較高的可靠性和壽命。

（1）輸送物料的氣液比范圍大，氣液比可達(dá)0～100%，連續(xù)輸氣時(shí)間可達(dá)數(shù)小時(shí)以上，并且有較強(qiáng)的抗砂性能。（2）氣密性好，極限真空度可達(dá)1000Pa。（3）泵效率高，注液時(shí)大于72%，混輸時(shí)大于60%。（4）無(wú)密封件外的易損件，整機(jī)唯一的接觸摩擦產(chǎn)生于導(dǎo)芯與缸體，因?yàn)榫€過(guò)渡極低（一般<0.5m/s）且磨損不影響泵性能，故無(wú)需考慮更換。（5）高速與低速時(shí)吸入性能變化小，低達(dá)160轉(zhuǎn)/分鐘，低速時(shí)可變到的極限真空度基本無(wú)變化，可通過(guò)改變泵速成比例地改變泵的排量，適合于油田現(xiàn)場(chǎng)的多變的工況使用要求。（6）維護(hù)方便，可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行泵的拆卸及更換零部件，裝配要求相對(duì)較低，不需要大型專(zhuān)用工具。

2 典型混輸泵性能比較（表1）

3 對(duì)混輸泵的初步認(rèn)識(shí)

從以上泵性能與經(jīng)濟(jì)效益來(lái)看：（1）摻水流程的轉(zhuǎn)油站宜采用單螺桿混輸泵。摻水流程的回油管線中，氣液比低，不可能產(chǎn)生抽干氣現(xiàn)象。單螺桿泵最大的優(yōu)點(diǎn)是一次性投入低，抗砂能力強(qiáng)，維護(hù)費(fèi)用低，管理方便。因此，單螺桿混輸泵的排量范圍小，進(jìn)出口壓差小，介質(zhì)氣液比小的情況下，采用單螺桿混輸泵，冬季采用單螺桿混輸泵來(lái)升壓，夏季可自壓回到聯(lián)合站，從而可取消轉(zhuǎn)油站。（2）在單管集油流程中，宜采用雙螺桿泵混輸泵式擺動(dòng)轉(zhuǎn)子混輸泵。該流程易出現(xiàn)抽干氣的現(xiàn)象。目前，國(guó)內(nèi)外抽干氣的泵只有兩種，其中雙螺桿混輸泵造價(jià)昂貴，維護(hù)費(fèi)用高，管理要求高，較成熟；擺動(dòng)轉(zhuǎn)子混輸泵價(jià)格偏宜，維修方便、費(fèi)用低，但推廣較晚，目前應(yīng)用的數(shù)量較雙螺桿混輸泵少，待調(diào)研。該兩種泵，排量與流程范圍大，可實(shí)現(xiàn)20km以?xún)?nèi)不設(shè)轉(zhuǎn)油站的“一級(jí)半布站”流程。

TQ05

：A

：1671-0711（2017）06（上）-0152-02