天然氣處理廠氣動隔膜泵技術(shù)改造及實驗應(yīng)用*

牛景輝 倪攀 孟海龍

（1.天津石油職業(yè)技術(shù)學(xué)院；2.長慶油田分公司第三采氣廠）

隔膜泵作為一種新型輸送機械，適用于各種腐蝕性、帶顆粒、高黏度、易揮發(fā)、易燃、劇毒的液體[1-2]。在噴漆、陶瓷業(yè)中隔膜泵已占有絕對的主導(dǎo)地位，而在其他的一些行業(yè)中，像環(huán)保、廢水處理、建筑、排污、精細化工中正在擴大使用，并具有其他泵不可替代的地位。由于隔膜泵具有泵不會過熱、不會產(chǎn)生電火花、可以通過含顆粒液體、流量可調(diào)節(jié)、具有自吸功能、可以空運行、無需潤滑、維修簡便、便于移動、泵效較高等特點，在天然氣處理廠使用較多；目前使用氣動隔膜泵的區(qū)域主要有：污水處理均值調(diào)節(jié)池污水提升泵、含醇污水提升小泵、供熱站注油泵、增壓站廢潤滑油泵等。

1 氣動隔膜泵技術(shù)改造情況

1.1 改造前裝置存在的缺點

長慶油田采氣三廠第四處理廠機泵改造項目中涉及的改造機泵為污水處理單元均質(zhì)調(diào)節(jié)池污水提升泵2 臺、卸車區(qū)含醇污水井污水提升泵1 臺、增壓站廢潤滑油泵1 臺及供熱站注油泵1 臺，共計5臺。改造前后設(shè)備相關(guān)參數(shù)見表1，其中均質(zhì)調(diào)節(jié)池、含醇污水小池污水提升泵、廢潤滑油泵均為離心泵，供熱站注油泵為齒輪泵。以上泵體在運行過程中由于輸送介質(zhì)為含烴污水或黏性流體，導(dǎo)致其流量低、輸送效率不高，且污水離心泵啟泵時易造成地面污染。為提高生產(chǎn)效率，結(jié)合現(xiàn)場機泵運行情況，改為氣動隔膜泵，以改善泵流量不高、污染環(huán)境的狀況。

表1 改造前后相關(guān)設(shè)備參數(shù)

1.2 裝置改造措施

1）均質(zhì)調(diào)節(jié)池污水提升泵。改造前使用的無密封自吸泵實際流量達不到工作需要，且清理泵進口濾網(wǎng)及泵體工作繁瑣，日常維護不便。由于污水提升泵出口未加裝流量計，不能直接計量。采用兩種數(shù)據(jù)采集方法進行估算，實驗采集數(shù)據(jù)原理見圖1，實驗采集數(shù)據(jù)見表2。

第一種方法：當均質(zhì)調(diào)節(jié)池液位一定時，停運回注系統(tǒng)使凈化水罐液位固定，對自動過濾裝置進行反洗后排至均質(zhì)調(diào)節(jié)池，記錄液位下降液位高度；凈化水罐液位歷史曲線見圖2。啟動隔膜泵，當均質(zhì)調(diào)節(jié)池液位與反洗前相同時，記錄所需時間，從而得出該泵的排量。根據(jù)液位下降核算隔膜泵流量為24.3 m3/h （凈化罐底面積為53.3 m2） 核算隔膜泵的排量為23.452 m3/h 。由此可見，針對雜質(zhì)多且成分復(fù)雜的污水易造成管路堵塞的情況，氣動隔膜泵可通過顆粒且流量可調(diào)。

表2 實驗數(shù)據(jù)采集情況

圖1 實驗采集數(shù)據(jù)原理圖

圖2 凈化水罐液位歷史曲線

第二種方法：停運卸車池轉(zhuǎn)水泵，停運回注系統(tǒng)，當均質(zhì)調(diào)節(jié)池液位達到一定范圍時，啟用隔膜泵，觀察除油罐的液位變化，根據(jù)隔膜泵啟停時間及除油罐液位變化計算排量。實驗前后除油罐液位變化如圖3 所示。核算隔膜泵的排量為20.87 m3/h。

2）含醇污水小池污水提升泵。改造前泵不上量，每次需接臨時泵將污水池雜質(zhì)抽入含醇污水池，常有泵體內(nèi)雜物堵塞情況。

3）增壓站廢潤滑油泵。增壓站廢潤滑油泵改為氣動隔膜泵投用后，回收廢油1 次，共計回收20桶，用時50 min，平均2.5 min 回收1 桶油（容量為209 L），核算排量為5.016 m3/h。此外，增壓站加潤滑油臨時泵也采用氣動隔膜泵，夏季加1 桶油的時間為1 h，冬季潤滑油黏度較大，加1 桶油品所需時間為2.5 h。

圖3 除油罐液位變化圖

2 氣動隔膜泵與其他形式泵性能對比分析

1）維修頻次。相比較之前所采用的離心泵而言，氣動隔膜泵的維修頻次大幅度降低，無需每天清理泵進口濾網(wǎng)、拆泵體清理雜物，從而減少操作人員勞動強度。

2）操作維護。氣動隔膜泵在長慶油田采氣三廠第四處理廠使用期間，用于各種惡劣介質(zhì)。泵體沒有摩擦無磨損無發(fā)熱適應(yīng)于各種環(huán)境，抽送泥漿、雜質(zhì)時對泵磨損甚微；體積比較小移動方便，可以在特殊空間進行作業(yè)；不需灌引，水流動寬廣，通過性能好；操作方便、工作可靠、開停只需簡單地打開和關(guān)閉氣體閥門，即使由于意外情況而長時間無介質(zhì)運行或突然停機，泵也不會因此而損壞，不但超負荷時泵會自動停機、具有自我保護性能，而且當負荷恢復(fù)正常后又能自動啟動運行[3-4]。

氣動隔膜泵結(jié)構(gòu)簡單，沒有軸封，沒有動泄漏，維修保養(yǎng)方便，故障頻率低，具有體積小、重量輕、操作便捷、可以移動使用的特點，可以將其用在具有壓縮空氣條件下的特殊液體介質(zhì)和特殊場合中[5-6]。

3 試驗應(yīng)用評估

無密封自吸泵在污水卸車和處理區(qū)域運行的故障主要是污泥、雜物、油份較多造成的流量低、甚至無流量；而運用氣動隔膜泵后，未對之進行任何零件維修更換，證明其對于水質(zhì)較差的環(huán)境具有較好的運行效果。從能量消耗來看，各隔膜泵改造前能量消耗見表3，電費按照工業(yè)用電算，約0.5元/kWh。

表3 隔膜泵改造前能量消耗

改造后，氣動隔膜泵主要消耗驅(qū)動氣，驅(qū)動氣由空壓機提供，由于空壓機額定功率90 kW，生產(chǎn)空氣1 020 m3/h。制氮裝置額定制氮量為300 m3/h，第四處理廠氮氣消耗點全部投運時最大消耗氮氣量約為210 m3/h，低于額定制氮量，且每天使用時間有限，不會增加空壓機的負荷，故電能消耗幾乎不會增加。因此相對比改造前，在能耗方面，隔膜泵每年可節(jié)約1.5 萬元電費。

此外，由于污水中的雜質(zhì)多且成分復(fù)雜，管路易于堵塞，這樣對電泵就形成負荷過高的情況，電動機發(fā)熱易損。而氣動隔膜泵可通過允許直徑的顆粒且流量可調(diào)，管道堵塞時自動停止至通暢后恢復(fù)運行。

若使用柱塞泵生產(chǎn)，按照回注壓力10 MPa、柱塞泵運行頻率為80%計算，則柱塞泵最高回注量為20 m3/h；而隔膜泵按回注量為10 m3/h 繼續(xù)計算?？紤]電能消耗、維修費以及設(shè)備成本來看，使用柱塞泵與使用隔膜泵的成本對比見表4。

表4 成本對比

從表4 可以看出，污水回注系統(tǒng)由于柱塞泵的密封性差、故障頻繁，能耗高，容易造成工作環(huán)境污染及能源浪費；隔膜泵盡管初期投資較大，但是后期能顯著節(jié)約電費和維修費，長期使用總成本逐漸接近柱塞泵并最終低于柱塞泵，且能明顯提高了生產(chǎn)效率。

4 結(jié)束語

通過研究分析天然氣處理廠氣動隔膜泵的運行工況，并進行了相關(guān)技術(shù)改造和試驗應(yīng)用，從氣動隔膜泵的流量、能耗、成本等性能參數(shù)可以看出，氣動隔膜泵具有結(jié)構(gòu)簡單、維修保養(yǎng)方便、故障頻率低、易于移動使用的優(yōu)勢，能夠?qū)⑵鋺?yīng)用在具有壓縮空氣條件下的特殊液體介質(zhì)和特殊場合中。若天然氣處理廠要長期生產(chǎn)5 年以上，氣動隔膜泵在成本方面較目前普遍使用的柱塞泵也具有優(yōu)勢。也可以進一步研究氣動隔膜泵不同材質(zhì)進行組合，以滿足其他行業(yè)各種特殊流體的輸送要求。