分析解決油田用高壓柱塞泵振動(dòng)問(wèn)題的技術(shù)改進(jìn)措施

于春玲 趙靜 岳國(guó)斌 丁志強(qiáng) 孔德集（天津市大港油田分公司，天津300280）

0 引言

離心泵的特點(diǎn)是排量大、壓力低、運(yùn)行平穩(wěn)，適用于油田大面積注水，但耗能高。注水單耗高達(dá)6.9度/m3。目前我們現(xiàn)場(chǎng)注水大部分由原來(lái)的離心泵逐漸由柱塞泵代替。柱塞泵是工業(yè)泵中不可缺少的一類產(chǎn)品。它的突出優(yōu)點(diǎn)是：可獲得高的排壓，且流量與壓力無(wú)關(guān)，適應(yīng)輸送介質(zhì)十分廣泛，吸入性能好，效率高；泵的性能不隨壓力和輸送介質(zhì)粘度的變動(dòng)而變動(dòng)。

在當(dāng)今世界能源緊缺的形勢(shì)下，柱塞泵作為節(jié)能產(chǎn)品，在石油開(kāi)發(fā)、管道輸煤、煤氣化工、電站排渣、礦山開(kāi)采等方面起著重要作用，而且在壓力容器檢測(cè)和實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化石油化工工業(yè)全面自動(dòng)化操作方面也是不可缺少的品種.因此，在我們?nèi)粘Ｖ霉芾懋?dāng)中必須管理好柱塞泵而且進(jìn)行對(duì)其做好維護(hù)保養(yǎng)工作，在工作中及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決問(wèn)題，最終使節(jié)約成本費(fèi)用下降、材料費(fèi)用降低、員工勞動(dòng)強(qiáng)度降低，消除安全隱患、及采取好的建議及時(shí)進(jìn)行推廣。通過(guò)多年的使用，針對(duì)柱塞泵振動(dòng)大，暴露出一些安全問(wèn)題。這就需要我們及時(shí)解決。保證設(shè)備、人員的安全，平穩(wěn)注水。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

目前，采油一廠作業(yè)四區(qū)馬西注水站共有三臺(tái)KGF180-1360 高壓離心泵，單臺(tái)排量180m3/h；為了降低注水單耗，2016年新增了5ZB-20/43 型柱塞式注水泵7 臺(tái)，單臺(tái)泵注水能力57m3/h，日常運(yùn)行6 臺(tái)高壓柱塞泵。目前馬西注水站設(shè)計(jì)注水能力20000m3/d，實(shí)際注水量7000m3/d，泵壓10.5～11.5MPa。擔(dān)負(fù)著采油一廠90多口注水井注水。參見(jiàn)表1：采油一廠作業(yè)四區(qū)馬西注水站設(shè)備明細(xì)表。

表1 采油一廠作業(yè)四區(qū)馬西注水站設(shè)備明細(xì)表

2 存在問(wèn)題

柱塞泵投入運(yùn)行后,流程異常振動(dòng)，特別是2018 年10 月至2019年3月，振動(dòng)加劇。柱塞泵出口流程及回流流程頻繁出現(xiàn)焊縫開(kāi)裂，存在極大安全隱患。造成柱塞泵頻繁的啟停泵，平均使用壽命不足24個(gè)小時(shí)，注水單耗高達(dá)4.5kWh/m3，影響注水時(shí)率。不能保證平穩(wěn)注水。多次施工提高維修費(fèi)用高達(dá)7～8萬(wàn)元。同時(shí)由于管線異常振動(dòng)，造成管線上安裝的流量計(jì)內(nèi)部零件損壞，不能正常工作。參見(jiàn)表2：2019年1-3月馬西注水站柱塞泵管線開(kāi)裂情況。

表2 2019年1-3月馬西注水站柱塞泵管線開(kāi)裂情況

3 原因分析

經(jīng)過(guò)我們掌握的第一手資料，分析新泵房柱塞泵振動(dòng)大問(wèn)題原因主要有以下三方面：

（1）泵出口流程震動(dòng)的主要原因是出口流程管徑設(shè)計(jì)的偏小，特別是出口單流閥過(guò)流面積過(guò)小(過(guò)流面積直徑不足40mm)。柱塞泵運(yùn)行過(guò)程中相當(dāng)于將出口閥門關(guān)小，由于液體的不可壓縮特性，脈動(dòng)排出的高壓液體不能全部及時(shí)的排出，造成瞬間壓力升高流速增大，造成類似于“水擊”的現(xiàn)象，使出口流程產(chǎn)生橫向位移造成劇烈震動(dòng)。同時(shí)形成的內(nèi)應(yīng)力會(huì)在出口流程三通、焊口、尖角等薄弱處形成應(yīng)力集中，導(dǎo)致流程管件出現(xiàn)疲勞裂紋形成破壞。

（2）次要原因是由于高壓出口匯管與回流管線匯管埋于地下，管線下方?jīng)]有基礎(chǔ)支撐固定，管線懸空得不到很好的支撐與固定機(jī)械震動(dòng)不能有效緩解，同時(shí)多臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)還會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象，從而加劇了泵出口流程震動(dòng)的產(chǎn)生。

（3）受到破壞最多的部位為回流管線與泵出口管線的T接部位的異徑三通。出口管線產(chǎn)生徑向位移時(shí)回流管線相對(duì)產(chǎn)生束縛力這就形成了破壞應(yīng)力，異徑三通的回流閥一側(cè)管徑變小，壁厚變薄就無(wú)疑成為應(yīng)力集中最嚴(yán)重的部位。

4 解決措施

針對(duì)柱塞泵上述缺點(diǎn)和存在的不安全因素，提出了以下改進(jìn)措施：

（1）更換新泵房高壓柱塞泵出口流程，由現(xiàn)有的3in更換為4in，彎頭倍率由2.5D擴(kuò)大為4D；

（2）將原流程使用的單流閥、高壓截止閥以及彎頭，由一個(gè)多功能高壓截止閥替代，避免單流閥縮徑導(dǎo)致的水擊現(xiàn)象，同時(shí)縮短了流程增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)剛性。

（3）改造四臺(tái)機(jī)泵的回流管線，由之前的垂直入地改為三通水平放置，通過(guò)角閥連接向下垂直于地面，再和回流匯管相連接。回流匯管平行于泵出口匯管，安裝在同樣的預(yù)制基礎(chǔ)上并可靠固定。

改造后2019 年5-7 月的柱塞泵運(yùn)行狀況參見(jiàn)表3：改造后馬西注水站柱塞泵運(yùn)行統(tǒng)計(jì)表。

表3 改造后馬西注水站柱塞泵運(yùn)行統(tǒng)計(jì)表（2019年5-7月）

5 效果分析

從改進(jìn)前后維修統(tǒng)計(jì)和泵的運(yùn)行參數(shù)中可以看出：經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，由于泵連續(xù)運(yùn)行，提高柱塞泵泵效，降低因啟、停泵所耗費(fèi)的電量損失。降低了維修費(fèi)用。平均泵效由原來(lái)的90.62%增加到96.5%，降低單耗0.1～0.5 kwh/m3，一年下來(lái)可節(jié)約4 萬(wàn)多度電。提高了生產(chǎn)效率及減少了啟停泵次數(shù)，提高了機(jī)泵運(yùn)行率。維修工作量相對(duì)減少，保證了柱塞高效運(yùn)行，提高生產(chǎn)時(shí)率，特別是保證了員工的安全。同時(shí)得到了有關(guān)部門的認(rèn)可。