管道試壓上水裝備的改造與應(yīng)用

曾豪勇，暴軍英，尹中霞

中國(guó)石油天然氣管道第二工程有限公司，江蘇徐州 221000

管道試壓上水裝備的改造與應(yīng)用

曾豪勇，暴軍英，尹中霞

中國(guó)石油天然氣管道第二工程有限公司，江蘇徐州 221000

電動(dòng)機(jī)上水泵功率高、體積大，使用時(shí)需額外配備發(fā)電機(jī)供電，施工成本高，為此，提出了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)離心泵的改造方案。通過(guò)對(duì)待報(bào)廢移動(dòng)電站上的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行維修改造，并自制爬犁底座臺(tái)架和聯(lián)軸器，使其與多級(jí)泵直接連接，不僅精簡(jiǎn)設(shè)備數(shù)量，而且盤(pán)活閑置資源，降本增效。改造后的上水泵結(jié)構(gòu)緊湊合理，拖運(yùn)方便，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果較好，施工成本降低，在今后中、小型管道試壓項(xiàng)目上具有廣闊的應(yīng)用前景。

管道試壓；柴油機(jī)；水泵；改造；降本增效

1 方案設(shè)計(jì)

為減少研制成本，設(shè)計(jì)時(shí)直接選擇待報(bào)廢移動(dòng)電

試壓是油氣管道施工中的一項(xiàng)重要工序。目前，管道試壓上水裝置多為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)式離心泵，該裝置配備功率高、排量大、上水速度快、運(yùn)行平穩(wěn)，被廣泛應(yīng)用于大型工程及大口徑、長(zhǎng)距離管道水壓試驗(yàn)中。近年來(lái)，隨著油氣管道建設(shè)市場(chǎng)的變化，國(guó)內(nèi)試壓項(xiàng)目多為小型工程，且地點(diǎn)分散，使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)存在諸多不足，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)需額外配備發(fā)電機(jī)供電，設(shè)備體積大，笨重，轉(zhuǎn)場(chǎng)搬遷難，運(yùn)輸成本高。

（2）一般情況下，所配備的電動(dòng)機(jī)功率較大，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。

（3）電驅(qū)上水裝備操作空間狹小，噪音大，不利于操作。

因此，改造現(xiàn)有管道試壓上水裝備，是當(dāng)前生產(chǎn)施工的迫切需求，也是落實(shí)降本增效的重要舉措。站上的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為多級(jí)離心泵的動(dòng)力端，改造成柴油機(jī)上水泵。通過(guò)對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和多級(jí)泵的修復(fù)、改造、性能測(cè)試、計(jì)算，結(jié)合試壓上水速度和揚(yáng)程要求，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和多級(jí)泵進(jìn)行匹配研究；同時(shí)根據(jù)現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)和多級(jí)泵的安裝尺寸和工作狀態(tài)，對(duì)電路、聯(lián)軸器、底座臺(tái)架等重新進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工和制作，研制出符合要求的柴油機(jī)上水設(shè)備。

2 改造內(nèi)容

2.1 設(shè)備調(diào)研

據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)有待報(bào)廢移動(dòng)電站所配置的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)多為L(zhǎng)R6105ZT，額定轉(zhuǎn)速為2 300 r/min，性能良好。閑置多級(jí)泵12臺(tái)，型號(hào)共有4種，技術(shù)參數(shù)如表1所示，均滿足施工需求，可用于上水泵改造研究。

2.2 水泵性能參數(shù)計(jì)算

圖1為D85-45型離心泵在轉(zhuǎn)速為2 950 r/min時(shí)的特性曲線。

表1 多級(jí)離心泵型號(hào)及參數(shù)

圖1 D85-45型離心泵特性曲線

根據(jù)離心泵特性曲線及水泵的比例定律，即可計(jì)算出改造后的上水泵性能參數(shù)，以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。比例定律公式為：

式中：Q1、H1、P1分別是轉(zhuǎn)速n1時(shí)的流量、揚(yáng)程、軸功率，Q2、H2、P2即為轉(zhuǎn)速n2時(shí)的流量、揚(yáng)程、軸功率。

2.3 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的修復(fù)與改造

待報(bào)廢移動(dòng)電站因長(zhǎng)時(shí)間閑置，銹蝕嚴(yán)重，所拆卸的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)均存在不同程度的線路老化、零部件損壞等現(xiàn)象；因此，對(duì)選定的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)分別制訂了檢修計(jì)劃和檢修項(xiàng)目，拆除不需要的零部件，并對(duì)損壞部件進(jìn)行維修替換，對(duì)留用的部件進(jìn)行檢修、清洗、性能測(cè)試、安裝。主要檢修項(xiàng)目及檢修內(nèi)容見(jiàn)表2。

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的改造重點(diǎn)是安裝形式和輸出軸連接方法。安裝形式影響人員的操作和設(shè)備尺寸。與移動(dòng)電站上的操作方法不同，上水裝備上的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的離合器、油門(mén)、剎車等操作均直接在發(fā)動(dòng)機(jī)上完成。因此，在拆除不需要的連接機(jī)構(gòu)的同時(shí)，設(shè)計(jì)加工新的檔桿、手柄，以方便操作。并調(diào)整水箱、排氣管位置，保證足夠的操作空間，防止人員操作時(shí)碰傷、燙傷。此外，為保證設(shè)備的可操作性，發(fā)動(dòng)機(jī)安裝時(shí)要充分考慮人員站立操作高度，尤其是控制面板安裝高度。因此，需要合理設(shè)計(jì)底座支腿高度，在滿足操作需求的同時(shí)，避免設(shè)備過(guò)大過(guò)重難以運(yùn)輸。

表2 主要檢修項(xiàng)目及檢修內(nèi)容

移動(dòng)電站上的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸是通過(guò)萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)裝置與驅(qū)動(dòng)橋主減速器輸入軸連接的，不能直接與水泵連接，因此，需重新設(shè)計(jì)泵和發(fā)動(dòng)機(jī)軸端的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以便采取最佳連接方式。

2.4 聯(lián)軸器設(shè)計(jì)與制造

經(jīng)測(cè)量，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸軸徑準(zhǔn)60mm，水泵輸入軸軸徑準(zhǔn)35mm（D85-45X5系列），無(wú)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器可供選配，需自行設(shè)計(jì)聯(lián)軸器并加工。根據(jù)負(fù)載和轉(zhuǎn)速等受力特性分析，選用彈性膜片聯(lián)軸器，該聯(lián)軸器適用于高溫、高速、有腐蝕介質(zhì)工況環(huán)境的軸系傳動(dòng)。

圖2為聯(lián)軸器設(shè)計(jì)圖，其中1、6兩個(gè)半聯(lián)軸器尺寸是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)和水泵軸端尺寸確定的，材質(zhì)為45#鋼。聯(lián)軸器依靠金屬膜片來(lái)聯(lián)接主、從動(dòng)機(jī)傳遞扭矩，為保證足夠強(qiáng)度，膜片材料選擇1Cr18Ni9。聯(lián)軸器加工實(shí)物如圖3所示。因水泵型號(hào)各異，輸入軸尺寸也不相同，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)各自實(shí)際尺寸調(diào)整加工參數(shù)。

圖3 聯(lián)軸器加工實(shí)物圖

2.5 底座臺(tái)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造

根據(jù)多級(jí)離心泵和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際尺寸，應(yīng)用三維軟件建立底座臺(tái)架模型（見(jiàn)圖4），估算出聯(lián)軸器最佳尺寸和臺(tái)架整體尺寸，以便下料。

底座臺(tái)架用180槽鋼和8#角鋼焊接制作，爬犁底座用準(zhǔn)219mm鋼管，擋雨棚用薄鋼板制作。組裝時(shí)根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整位置。

2.6 組裝調(diào)試

圖4 底座臺(tái)架設(shè)計(jì)

將加工的零部件和檢修清洗的零部件進(jìn)行組裝，并對(duì)整機(jī)進(jìn)行調(diào)試，確保整機(jī)性能滿足施工現(xiàn)場(chǎng)要求，組裝現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖5。

圖5 發(fā)動(dòng)機(jī)組裝

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果

經(jīng)過(guò)改造，共完成柴油機(jī)試壓上水裝備5套，研制初期，試制一臺(tái)調(diào)往安徽巢湖定向鉆穿越工程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。該穿越工程管徑為準(zhǔn)864mm，長(zhǎng)度為1.015km，上水量約為547.6 m3。定向鉆穿越段管道回拖前后需各進(jìn)行一次上水試壓，均采用自制設(shè)備完成上水作業(yè)。

該上水設(shè)備所配離心泵為D85-45X5型。一般情況下，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)最佳工作轉(zhuǎn)速在1 500 r/min左右，可根據(jù)比例定律公式計(jì)算出該上水設(shè)備的流量為43.97 m3/h，揚(yáng)程為60.2 m，該性能指標(biāo)滿足定向鉆穿越施工要求。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，完成該試壓段上水作業(yè)耗時(shí)約12.8 h，上水速度約為42.8 m3/h，與理論計(jì)算相符。

表3為購(gòu)置的電動(dòng)機(jī)上水設(shè)備、自制的柴油機(jī)上水設(shè)備性能參數(shù)、完成相同工程量所耗費(fèi)用的對(duì)比。其中，燃油費(fèi)僅為設(shè)備油耗，不含吊裝設(shè)備油耗。對(duì)于電動(dòng)機(jī)上水設(shè)備，需吊裝兩次，而柴油機(jī)上水設(shè)備僅需一次。而在泥濘沼澤等車輛無(wú)法直接進(jìn)入的施工地帶，需挖掘機(jī)等機(jī)械設(shè)備吊裝進(jìn)場(chǎng)，柴油機(jī)上水設(shè)備的優(yōu)勢(shì)則更為明顯，其底部的爬犁支架，可由挖掘機(jī)直接一次拖拽進(jìn)場(chǎng)，可節(jié)省大量的轉(zhuǎn)場(chǎng)費(fèi)用。

表3 自制設(shè)備與購(gòu)置設(shè)備性能參數(shù)及費(fèi)用對(duì)比

通過(guò)對(duì)比和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，該柴油機(jī)試壓上水設(shè)備不僅滿足施工現(xiàn)場(chǎng)要求，而且操作簡(jiǎn)單，有效地降低了施工成本，提高了施工效率?，F(xiàn)已調(diào)往其他項(xiàng)目使用，其余4臺(tái)也將陸續(xù)投入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

4 結(jié)論

（2）該裝置結(jié)構(gòu)合理，人員操作便利，爬犁底座適用于各種復(fù)雜地形施工，拖拉方便。

（3）完成相同工程量所耗油料少于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)式上水泵，減少施工成本。

（4）設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，易于運(yùn)輸，轉(zhuǎn)場(chǎng)搬遷成本明顯降低。

[1]GB 50369-2014，油氣長(zhǎng)輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2]陳向陽(yáng).柴油機(jī)作為水泵動(dòng)力機(jī)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題 [J].地下水，2005，27（2）：140-142.

[3]連紅軍，司馬學(xué)峰，朱清山.東方紅-LR6105型發(fā)動(dòng)機(jī)主要技術(shù)性能與維修參數(shù)[J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，1995，17（8）：28-29.

[4]周廣和，張英奎，劉宗亞，等.淺議企業(yè)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型實(shí)現(xiàn)降本增效管理對(duì)策[J].交通企業(yè)管理，2013，28（8）：22-24.

上水裝置的改造充分利用閑置設(shè)備和待報(bào)廢資產(chǎn)，不僅盤(pán)活廢舊資源，而且大大降低研發(fā)費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益高，符合當(dāng)前節(jié)支降耗的經(jīng)營(yíng)理念。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，該柴油機(jī)上水裝備具備如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）上水流量、揚(yáng)程等指標(biāo)均符合中小型管道試壓工程要求，實(shí)用性強(qiáng)。

Reformation and application of water supply equipment for pipeline hydraulic pressure test

ZENG Haoyong，BAO Junying，YIN Zhongxia
China Petroleum and Gas Pipeline Second Engineering Company，Xuzhou 221000，China

The power of motor pump is high and its volume is big.It needs additionalpower supply from an electric generator when it is used，which leads to high construction cost.Therefore，the reformation scheme using a diesel engine to drive centrifugalpump directly is put forward.Through the maintenance and reconstruction of the dieselengine at a mobile station to be scrapped，and using the self-made sledge base platform and coupling，the multi-stage pump is connected directly with the diesel engine.It reduces the number of devices，reinvigorates the idle resources，reduces the cost and improves efficiency.After the reformtion，the diesel pump has the advantages of compact and reasonable structure，convenient transportation，good application effect on spot and low construction cost.It has broad application prospect in the future hydraulic pressure tests of small-medium scale pipelines.

hydraulic pressure test of pipeline；dieselengine；pump；reformation；reduce cost and increase benefit

曾豪勇（1990-），男，湖北荊州人，2015年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)，現(xiàn)從事機(jī)組技術(shù)管理工作。

2017-03-15

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.04.017

Email：zochy@126.com