離心泵在氣田應用中存在的問題及對策

張繼升

（中國石油西南油氣田公司蜀南氣礦，四川 瀘州 646000）

0 引言

大多數(shù)氣田進入開發(fā)中后期，氣田生產(chǎn)伴生的地下水已無法低成本進行處理達標后排放，現(xiàn)采取的主要方式是地面簡易處理，集中回注地下。在污水轉(zhuǎn)運的過程中，大量使用離心式水泵，同時在回注壓力不高的工藝中，也大量采用單級或多級離心式水泵，另外在凈化工藝中也大量使用離心式水泵。因此，如何有效保證離心泵的正常運行，對氣田的穩(wěn)定生產(chǎn)至關(guān)重要。筆者擬對離心泵應用中存在的問題進行分析，并探討相應的對策。

1 氣田離心泵應用現(xiàn)狀概述

近年來，由于某氣田產(chǎn)水氣井增多，對氣田水的處理量加大，截至2017年初，氣田共有離心泵（功率大于11 kW）1 237臺，裝機功率超過5×104kW，離心泵主要用于天然氣生產(chǎn)開發(fā)的氣田水轉(zhuǎn)水、回注、天然氣凈化、天然氣化工工藝過程中各類液體介質(zhì)的輸送，離心泵在該氣田應用比較廣泛，但泵的設(shè)計、安裝、使用、運行維護等原因?qū)е码x心泵故障頻發(fā)的現(xiàn)象時有發(fā)生，泵的非正常停運嚴重制約著氣田的生產(chǎn)運行。

2 離心泵在應用中的問題及對策

1）泵的設(shè)計選型。在設(shè)計選型時，應嚴格對泵的工藝流程及安裝布置進行審查。首先要考察泵上水阻力的大小，通過引水面至泵進口高差、上水管線長度、彎頭數(shù)量、彎頭曲率、閥門數(shù)量、底閥阻力等計算上水阻力，將阻力控制在離心泵氣蝕余量范圍內(nèi)，防止上水阻力過高造成泵進口真空度超限，從而引發(fā)泵氣蝕或者不上水，這對于防止工程竣工后重新改動工藝管線能起到關(guān)鍵作用。其次要合理布置壓力表安裝的位置、出口止回閥及控制閥安裝的位置，合理布置工藝管線以便預留檢修位置等。在滿足流量、揚程、溫度、介質(zhì)、裝置汽蝕余量等工藝參數(shù)的前提下，盡量選擇高效范圍寬、在工況下效率高的水泵，配套電機運行功率在額定功率的70%～100%，以達到較為經(jīng)濟的能耗［1］。

2）泵的材質(zhì)問題。氣田有時在采購轉(zhuǎn)水泵時由于低價中標，未對泵體材質(zhì)作出具體要求，廠家在競標中均采用1Cr18Ni9Ti、1Cr13、3Cr13等普通不銹鋼。在鹽水腐蝕性強、氯離子含量較高的井站，易造成泵過流部件早期損壞。如某井鹽水泵運行半年后拆解泵體，發(fā)現(xiàn)葉輪腐蝕嚴重，其中一面幾乎完全被腐蝕掉。相應對策為：采用1Cr18Mu2Ti（316L）材質(zhì)鹽水泵，此種材質(zhì)不僅在304不銹鋼的基礎(chǔ)上大幅度增加了鎳元素的含量，同時加入昂貴的鉬元素（2%～3%），價格約為普通不銹鋼的1.5倍，在臨界點腐蝕溫度以下，316L更耐酸堿，對氯離子的適應性更強［2］，腐蝕率大幅下降。

3）泵易損部件的選擇與安裝。在離心式水泵中，軸承屬于常見易損部件，出現(xiàn)輕微損傷都需要及時更換，因此對軸承的選擇至關(guān)重要。相應對策為：氣田在采購階段通過兩方面的工作加強軸承的質(zhì)量控制，首先在技術(shù)文件里指定采用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)軸承或者進口優(yōu)質(zhì)品牌軸承，一般選用可靠性較高的軸承，花費不高，但效果較明顯；其次針對部分重點井站，選用雙滾珠重載軸承，兩個同型號軸承并排安裝，增加了軸承的設(shè)計冗余度，能夠很好地降低軸承的故障率。

4）泵潤滑存在的問題。黃油潤滑是大部分離心泵的標準選擇，但是其維護更換技術(shù)要求較高。首先是每次補油量不好掌握，極易加注過量，導致軸承過熱；其次軸承需要定期打開清洗，以清除內(nèi)部累積的廢舊變質(zhì)黃油，檢修工作量大且較臟；再次普通黃油不耐高溫，軸承溫度稍高就會液化從而失去潤滑作用。技術(shù)對策為：應率先在氣田的重點生產(chǎn)井站以及大功率離心泵上采用機油潤滑的形式，油量觀察直觀可靠，耐溫性更高，使軸承得到全面可靠的保護，輔以定期更換機油制度，這樣不僅更換工作量小，而且進一步延長了軸承的壽命。

5）泵安裝存在的技術(shù)問題。在離心泵的安裝階段，由于部分工程施工單位的員工不具有機械設(shè)備專業(yè)安裝人員的水平，諸如基礎(chǔ)水平不達標，地腳螺栓不牢靠甚至缺件，泵和電機對中不當?shù)榷紘乐赜绊戨x心泵的使用壽命［3］。技術(shù)對策為：氣田應加強施工監(jiān)理和巡查驗收制度管理，嚴防不合格工程進入到運行階段。

6）泵的維護保養(yǎng)的技術(shù)問題。在離心泵運行維護階段，對于易損件的正常維護保養(yǎng)至關(guān)重要。泵的出廠質(zhì)量問題、黃油過期、黃油量不足、對中不當、平衡盤磨損、軸彎曲等都會引起軸承損壞，一旦未及時發(fā)現(xiàn)，軸承嚴重損壞后會造成轉(zhuǎn)子部件下沉從而加速泵體內(nèi)部磨損。相應的技術(shù)對策為：應強化例行巡檢工作，加強員工技術(shù)培訓，提高員工對軸承故障的識別和判斷能力，在軸承損壞的早期階段就及時發(fā)現(xiàn)并予以更換；下一步可以通過設(shè)備狀態(tài)檢測技術(shù)的應用，采用如軸承類設(shè)備定期檢測和評估軸承狀態(tài)方法預測軸承壽命，指導軸承更換時間，大力降低軸承類常見的故障。

7）泵的特殊部件的技術(shù)問題。平衡盤磨損到達一定階段，會引發(fā)泵體內(nèi)過流部件的繼續(xù)磨損、電機超負荷、轉(zhuǎn)水量不足、壓力不夠等諸多問題，而且檢修時不易拆卸，極易導致泵未到預定壽命就提前返廠大修，影響正常生產(chǎn)，浪費資金。相應的技術(shù)對策為：通過加強離心泵維護保養(yǎng)工作，主動檢修、更換磨損的平衡盤，延長泵體大修時間，建議基層每年更換一次平衡盤。

8）泵密封的技術(shù)問題。填料密封結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、維修方便，后期可隨時增加密封圈數(shù)以加強密封效果，但泄漏量大、功耗損失大。對于機械密封，其泄漏量小，場所干燥潔凈，但是其不能適應氣田水這類特殊的高腐蝕性、高結(jié)垢性水質(zhì)。機械密封在油氣田各井站應用效果主要跟氣田水水質(zhì)、腐蝕程度以及作業(yè)區(qū)技術(shù)力量有關(guān)。技術(shù)對策為：氣田下一步應有選擇地對待不同井站，填料密封和機械密封都可以有所選用；同時，針對機械密封裝置運行周期較短的弊端，可考慮采用雙端面機械密封以加強密封效果。

9）泵啟動系統(tǒng)的技術(shù)問題。對于變頻啟動裝置，目前氣田使用的變頻器種類繁多，核心部件多是進口，出現(xiàn)故障后配件不易組織，維修困難，影響生產(chǎn)，同時變頻啟動裝置采購成本很高，維修困難，給生產(chǎn)帶來很大困難。相應的技術(shù)對策為：對于大功率設(shè)備，可以選用經(jīng)濟可靠的國產(chǎn)品牌，近年來應用的晶閘管控制軟啟動裝置，采購成本較低，而啟動電流只略大于變頻啟動裝置，其簡單經(jīng)濟、可靠易維修。

10）泵配套設(shè)備的改進。為加強離心泵的運轉(zhuǎn)周期，可以對離心泵的有些部件進行一些改進和更換，其技術(shù)對策為：如底閥用塑料底閥或者不銹鋼底閥，止回閥用抗硫不銹鋼止回閥，泵房儀表用抗震抗硫儀表，泵進水管道用玻璃鋼或者PPR管道，出口采用節(jié)流截止閥。

11）對泵非常規(guī)工作時的技術(shù)問題。對離心泵大幅度偏離設(shè)計工況點運行的情況，其對策為：由于變頻調(diào)速改造費用較大而應用較少，一般通過出口閥門調(diào)節(jié)等非經(jīng)濟的形式調(diào)節(jié)離心泵工況，將離心泵排出壓力控制在額定排氣壓力附近，防止泵的排出壓力過低導致電機超負荷運轉(zhuǎn)的情況，同時排出閥門建議采用節(jié)流截止閥，可以長期運行在控制流量工況下，克服閘板閥不能控制流量的弊端。

12）對泵工作介質(zhì)的技術(shù)問題。由于氣田水礦化度高、結(jié)垢嚴重、水溫又非常高，很容易使泵體結(jié)垢。如某井水溫高達55℃，單靠離心泵的技術(shù)手段仍不能很好地防止結(jié)垢，需要與鹽水的物理化學處理等手段相結(jié)合，依靠配套工藝措施才能徹底解決結(jié)垢問題。技術(shù)對策為：針對某井的情況，氣田采用添加阻垢劑的辦法緩解了氣田水在泵體內(nèi)部結(jié)垢的問題，下一步如果能夠通過循環(huán)槽大幅降低氣田水進泵溫度，是能夠很好解決這個問題的。

3 結(jié)束語

筆者從離心泵的設(shè)計、材質(zhì)、易損件、工作介質(zhì)、潤滑、安裝、密封、運行、維護等方面分析了泵的技術(shù)特點，并針對性地制定了技術(shù)應用對策和管理建議。離心泵在安裝以后的運行過程中，要注重規(guī)范作業(yè)和定期維護保修，準確判斷設(shè)備故障。根據(jù)泵的使用要求及特點，及時制定管理制度、操作規(guī)程、操作指導卡，以確保離心泵的安全平穩(wěn)運行。

［1］關(guān)醒凡.現(xiàn)代泵理論與設(shè)計［M］.北京：中國宇航出版社，2011.

［2］龔思維.不銹鋼中鉻在氫和氯離子作用下的腐蝕反應機理［J］. 腐蝕與防護，2017，38（11）：877-879.

［3］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 50275-2010風機、壓縮機、泵安裝工程施工及驗收規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2011.