外輸泵減級降壓改造

王冬港

（中海石油（中國）有限公司天津分公司工程技術(shù)作業(yè)中心，天津 300451）

1 原油外輸系統(tǒng)概述

某海上平臺的原油經(jīng)二級分離初步處理后，通過外輸泵進(jìn)行增壓，并由出口調(diào)節(jié)閥（LV-1071）節(jié)流調(diào)節(jié)后進(jìn)入海底管道，最終輸送到中心平臺，其中泵出口部分原油經(jīng)回流調(diào)節(jié)閥（LV-1072）回流至生產(chǎn)分離器，如此通過雙調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)外輸量與回流量的動態(tài)調(diào)控，既確保了生產(chǎn)分離器液位穩(wěn)定，又確保了外輸原油的穩(wěn)定，起到了持續(xù)平穩(wěn)外輸?shù)淖饔?，其簡易流程圖如圖1所示。

圖1 原油外輸系統(tǒng)簡易流程圖

2 故障現(xiàn)象及其內(nèi)在原因分析

通過現(xiàn)場運(yùn)維發(fā)現(xiàn)，在流程實(shí)際投用過程中，外輸泵故障多發(fā)，且用于控制外輸?shù)某隹谡{(diào)節(jié)閥LV-1071和回流調(diào)節(jié)閥LV-1072多次出現(xiàn)調(diào)節(jié)困難的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)流程的穩(wěn)定運(yùn)行，對原油安全持續(xù)外輸造成了較大隱患，具體問題如下。

2.1 外輸泵故障多發(fā)

原油外輸泵由美國NATIONAL-OIL WELL（國民油井）公司生產(chǎn)，生產(chǎn)日期為1999年，已使用多年，其泵型為分段式多級離心泵，葉輪級數(shù)為8級，適用于輸送原油、水等流體介質(zhì)?，F(xiàn)場使用時，在滿足外輸量需求及流程24 h穩(wěn)定的情況下，采取兩用一備的模式運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)際排量52 m3/h。其主要設(shè)計參數(shù)信息如表1所示。

表1 外輸泵主要設(shè)計參數(shù)

外輸泵截面圖如圖2所示。

圖2 外輸泵截面圖

泵故障主要為：機(jī)體持續(xù)發(fā)熱升溫，尤其是在夏季環(huán)境溫度較高、散熱不暢的情況下，經(jīng)常性引發(fā)溫度探頭報警，導(dǎo)致外輸泵頻繁自動保護(hù)停泵（高溫關(guān)斷值：200℉，約93℃）；泵驅(qū)動端及非驅(qū)動端振動值加大，振動速度值達(dá)8 mm/s；泵兩端密封泄漏加劇。

結(jié)合故障現(xiàn)象，維修人員對整泵進(jìn)行了仔細(xì)剖分與拆檢，經(jīng)目測發(fā)現(xiàn)，驅(qū)動端軸承磨損嚴(yán)重，出現(xiàn)多點(diǎn)位疲勞剝落（點(diǎn)蝕），軸承間隙增大，使用周期明顯縮短，拆卸后手動檢驗(yàn)存在卡滯現(xiàn)象；泵驅(qū)動端機(jī)械密封動靜環(huán)接合面磨損加劇；泵非驅(qū)動端滑動軸承（石墨套）出現(xiàn)軸向貫穿裂紋；泵軸向竄量增加[1]。

2.2 調(diào)節(jié)閥內(nèi)漏嚴(yán)重

LV-1071調(diào)節(jié)閥、LV-1072調(diào)節(jié)閥屬進(jìn)口采辦閥門，在故障更換后不久即出現(xiàn)關(guān)閉不嚴(yán)的現(xiàn)象，導(dǎo)致無法有效控制外輸量和生產(chǎn)分離器液位。在此情況下，為保證外輸量的有效控制，只能臨時使用外輸泵出口通徑球閥手動調(diào)節(jié)流量，導(dǎo)致此球閥長期處于非全啟閉狀態(tài)，球型閥芯及密封件沖蝕損壞內(nèi)漏，進(jìn)而引發(fā)調(diào)節(jié)失效，極大地影響了平臺正常生產(chǎn)。

（1）LV-1071閥門信息如下：

閥門通徑：150 mm；壓力等級：ANSI600LB；閥體材質(zhì)：ASTM A216 WCB；內(nèi)件類型：MULTI-FLOW；內(nèi)件材質(zhì)：3168SR.6STELL/17-4PH；密封：PTFECHEVRON。

（2）LV-1072閥門信息如下：

類型：TECAVⅢ；閥門通徑：3英寸；連接尺寸：2 7/8；壓力等級：CL300/750 PSI CWP；閥芯材質(zhì)：SST/HF；閥桿材質(zhì)：SST；閥體材質(zhì)：STL；閥座材質(zhì)：CO ALLOY。

3 應(yīng)對措施

從圖3可以看出，外輸泵H—Q性能曲線為平坦曲線，特點(diǎn)是當(dāng)流量Q變化增加時，揚(yáng)程H變化幅度較小，適用于生產(chǎn)中流量變化較大，而管路中壓力降變化不大的場合。目前，平臺外輸至海底管線的需求壓力為2.1 MPa左右，而外輸泵排出壓力高達(dá)4.7 MPa，壓差高達(dá)2.6 MPa，導(dǎo)致泵長時間做大量無用功，設(shè)備內(nèi)部組件磨損嚴(yán)重，故障率升高，不僅增加了額外的突發(fā)檢維修工作量，而且增加了電力能耗。

圖3 外輸泵特性曲線

同理，外輸系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)閥LV-1071與LV-1072前后壓差均超過了2 MPa，持續(xù)的高壓差節(jié)流過程對調(diào)節(jié)閥閥芯累計沖蝕嚴(yán)重，加之原油流體本身溫度較高，更加劇了沖蝕磨損速率，此種工況極大地縮短了兩個調(diào)節(jié)閥的實(shí)際使用壽命。

在充分了解現(xiàn)場工況的基礎(chǔ)上，經(jīng)深層次原因研判與分析，結(jié)合流程無法變動改造的特點(diǎn)及改造簡單化的需求，將著力點(diǎn)放在降低外輸泵排出壓力上，同時考慮此泵為多級離心泵，故提出了對外輸泵進(jìn)行降壓改造的最終方案，以實(shí)現(xiàn)降低壓力、排量不變的目標(biāo)[2]。

常見的降壓改造方式有兩種：一種是切削葉輪，此方法需改造葉輪，縮小葉輪的直徑及出口寬度，能在一定程度上降低出口壓力，同時兼顧一定的節(jié)能效果；另一種是葉輪減級，即拆去一級或多級葉輪，以減少多級葉輪增壓，降低排出壓力。兩者相比較而言，后者操作更為方便，減壓效果更為明顯，且因不涉及葉輪改造，在排出壓力需求提高后，可及時恢復(fù)。

4 具體實(shí)施

經(jīng)過詳細(xì)的技術(shù)確認(rèn)及改造前后效果的可行性分析，組織專業(yè)隊伍落實(shí)方案并先后對3臺外輸泵進(jìn)行了降級改造作業(yè)，在考慮確保良好動平衡及受力的情況下，保存1、2、4、6、8級葉輪，間隔拆除原有第3、5、7級葉輪，并加工匹配尺寸的軸套進(jìn)行替代，實(shí)現(xiàn)將原有的8級葉輪縮減至5級的目的，改造后泵排出壓力穩(wěn)定保持在2.4 MPa以上。改造后性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)及曲線如表2所示。

表2 外輸泵改造后性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)及曲線

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)及曲線圖可見，減級后的泵在實(shí)際排量52 m3/h、額定排量81.75 m3/h的情況下，仍可滿足出口壓力維持在2.4 MPa、揚(yáng)程維持在250 m以上的要求，且泵效曲線符合標(biāo)準(zhǔn)《回轉(zhuǎn)動力泵水力性能驗(yàn)收試驗(yàn)1級、2級和3級》（GB/T 3216—2016）。另從后期振動監(jiān)測數(shù)據(jù)趨勢圖可以看出，減級改造并未對泵體振動值產(chǎn)生較大影響，還維持在正常范圍內(nèi)（0～6.36 mm/s），故改造成功。

5 改造的實(shí)際意義及經(jīng)濟(jì)效益

（1）降低調(diào)節(jié)閥故障率，減少采辦費(fèi)用。

本次項目投入共計8.95萬元，此次改造后，外輸調(diào)節(jié)閥LV-1071和回流調(diào)節(jié)閥LV-1072的進(jìn)出口壓降較改造前均降低了接近2 MPa，極大地減少了高壓差對閥芯的沖蝕，改造后持續(xù)監(jiān)控運(yùn)轉(zhuǎn)200天無故障，僅兩閥一次性采辦費(fèi)用便可節(jié)約20余萬元。

（2）降低泵檢修頻率，減少備件費(fèi)及維修費(fèi)。

通過改造，泵出口壓力由原來的4.7 MPa降低到2.4 MPa，泵本身各易損部件（如機(jī)械密封、軸承、軸套、葉輪等）的正常使用周期延長，降低了備件更換所產(chǎn)生的費(fèi)用與檢修期間無備用泵的風(fēng)險。根據(jù)記錄顯示，在一年使用時間內(nèi)，外輸泵故障率降低了約35%，按照備件常規(guī)采辦價格，每年節(jié)約備件費(fèi)、人工費(fèi)計約6萬元。

（3）降低生產(chǎn)風(fēng)險。

改造前，泵及流程控制閥泄漏加劇，自動控制系統(tǒng)無法正常使用，造成自動控制失靈，改為手動控制后增加了現(xiàn)場操作人員日常工作量，控制不好便會嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。改造后，此類風(fēng)險降低，對現(xiàn)場生產(chǎn)具有非常重要的意義。

（4）節(jié)能減排降耗。

從實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)效果看，改造前單臺泵額定功率165 kW，額定電壓3.3 kV，額定電流29 A（計算值）；全部改造后，單臺泵運(yùn)行電流降至17 A，實(shí)際消耗功率降至97 kW。以外輸泵兩用一備的模式計算，年累計可節(jié)約電能約120萬kW·h，折合標(biāo)準(zhǔn)煤約147 t，目前平臺為雙燃料主機(jī)供電，此次改造在緩解平臺電力緊張的同時，減少了發(fā)動機(jī)的燃?xì)馊加拖模档土税l(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的燃燒排放物造成的污染，從節(jié)能和減排兩個方面響應(yīng)了公司及國家的號召[3]。

6 結(jié)語

對海上平臺而言，持續(xù)采出并外輸原油是生產(chǎn)的關(guān)鍵所在，所以外輸系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。本次改造從外輸泵故障頻發(fā)、調(diào)節(jié)閥內(nèi)漏的表層故障現(xiàn)象入手，以全局觀和系統(tǒng)思維應(yīng)對考量，以減級降壓改造為手段方法，以“小切口”解決大問題，實(shí)現(xiàn)了小改造、少費(fèi)用、見效快的良好實(shí)踐，同時一舉多得，達(dá)到了降低故障率、節(jié)能降耗、減少維修工作量的良好成效，夯實(shí)了海上平臺穩(wěn)定增儲上產(chǎn)的基礎(chǔ)，為同類型故障排查與解決提供了第一手現(xiàn)場資料。