隔膜泵泄壓流程改造探討

陳小飛，馬漢平，蔣 延，杜 鵬

（中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川 750006）

在采氣過程中，通常利用高壓泵向氣井井口和地面管線注甲醇的方式，防止井口和管線發生水合物堵塞現象。但是目前在用的柱塞泵存在泄漏點，泄漏出的甲醇分散到空氣中或流至地面給現場管理帶來了極大的不便，對員工的身心健康造成危害。鑒于此，近年來靖邊氣田各采氣作業區陸續對柱塞泵泵頭進行了改造，即充分利用原有舊泵傳動機構，僅將原來柱塞式注醇泵改為隔膜式注醇泵。

1 隔膜泵泄壓流程

1.1 改造前泄壓流程

在柱塞泵改隔膜泵之前，為防止柱塞泵系統超壓，在每臺泵的出口管線上都安裝有安全閥以泄壓。注醇泵泄壓流程一般有兩種：第一種是采用較多的流程是將安全閥出口與來醇管線總入口相連（見圖1 中流程1），這種流程存在問題是當安全閥開啟時，放空管線里的氣體被帶到來醇管線總入口并竄至各臺泵泵頭處，進而造成所有注醇泵氣鎖，引起全站注醇泵不上量。第二種是采用較少的流程是將安全閥出口與污水罐直接相連（見圖1 中流程2），當安全閥開啟時，放空管線里的氣體可被直接排入污水罐，這種流程不會影響其它設備，但改造時因涉及污水罐和注醇管網兩個高風險設備和場所，且施工工作量較大。

圖1 改造前泄壓流程

1.2 改造后泄壓流程

在柱塞泵改隔膜泵之后，注醇泵具有兩套泄壓流程：一是注醇泵原來固有的安全閥泄壓流程，二是隔膜泵泵頭本身自帶的一個泄壓閥，它具有和安全閥類似的作用，即在泵壓超過預設值時泄壓閥起跳，液壓腔內液壓油回流到油池內，可防止泵在運行過程中超壓（隔膜泵泄壓流程見圖2）。例如某口井的注醇壓力為10 MPa，員工可將此井注醇泵泄壓閥的起跳壓力設定為12 MPa，一旦有任何異常狀況導致泵頭超壓，泄壓閥可及早起跳，避免事故的發生。

1.3 存在問題

由于柱塞泵改隔膜泵是僅將泵頭進行了更換，其他流程均未作改動，而隔膜泵泵頭本身就自帶一個泄壓閥，這就導致目前注醇泵有兩套泄壓系統：一套是原來管路上安裝的安全閥，另一套是隔膜泵泵頭上自帶的泄壓閥。另外，管路上安裝的安全閥起跳壓力按照泵體規定統一設定為其最高壓力32 MPa，而隔膜泵泵頭上自帶的泄壓閥起跳壓力可根據氣井實際情況進行調整且目前均小于32 MPa，這就造成管路上安裝的安全閥在泄壓閥正常運行時就失去了其作用，一直處于閑置狀態（見圖2）。

2 泄壓流程改造可行性分析

2.1 泄壓流程改造可行性分析

（1）由于隔膜泵自帶泄壓閥具有結構簡單、操作簡便，能夠在泵頭超壓時起跳，從而防止泵壓繼續上升、起到保護泵頭作用，加之其起跳壓力小于安全閥壓力，這樣導致原管路上安裝的安全閥在泄壓閥正常運行時就根本不會起跳，也就失去了其作用。

（2）根據規定安全閥每年至少校驗一次，頻繁的校驗不但需花費較大人工拆裝、拉運及調校工作量，而且安全閥本身也會因使用年限或其他原因報廢，從而會造成一定的經濟損失。

圖2 改造后泄壓流程

（3）根據GB-T 7782-2008 規定：“隔膜泵用液壓腔安全閥和補償閥的動作靈敏、穩定可靠。如液壓腔安全閥不能保證排放時，應加管路安全閥”。試驗證明，目前在用隔膜泵液壓腔的泄壓閥可以保證排放，因此可不加管路安全閥。

基于以上原因，提出對泄壓流程進行改造，即用隔膜泵泵頭自帶泄壓閥代替原管路上安裝安全閥。

2.2 改造思路

第一步：在注醇泵房無技改任務時，只需將管路安全閥去掉，并將安全閥上下游閥門懸空端加盲板封死。

第二步：可利用集氣站技改或改擴建之時，將原管路安全閥及放空流程去掉。

2.3 效果預評價

2.3.1 性能評價 為驗證泄壓閥可以在泵頭超壓時及時泄壓、阻止壓力繼續升高，進而保護泵頭，對隔膜泵泵頭自帶泄壓閥的泄壓能力進行現場試驗。根據目前現場運行情況，將泄壓閥的開啟壓力分別設置為6 MPa、10 MPa、15 MPa、20 MPa，在泵的不同行程下（通過統計靖邊氣田某作業區歷年各氣井日注醇情況發現，單臺泵日最大注醇量為550 L，也就是泵71.7 %的行程，因此泵的行程試驗參數最大值選擇75 %），測試泄壓閥的運行狀況，結果（見表1～表4）。

由上述試驗可知，隔膜泵泵頭自帶泄壓閥能夠起跳靈敏，保護泵頭安全運行。

表1 泄壓閥泄壓能力測試結果（6 MPa）

表2 泄壓閥泄壓能力測試結果（10 MPa）

表3 泄壓閥泄壓能力測試結果（15 MPa）

2.3.2 效益評價 隨著安全閥使用年限增長，每年的報廢量逐年增加，加之在年度校驗的拉運及調校過程中也會因道路顛簸等客觀原因造成一部分損耗。數據統計顯示，近年來注醇泵安全閥的年均報廢率為11.6 %，泵頭泄壓閥年均報廢率為0.8 %。目前一臺新注醇泵安全閥單價為1 000 元，一套新泄壓閥整體的價格為900 元，其易損件價格在80～300 元。

表4 泄壓閥泄壓能力測試結果（20 MPa）

因此，平均每臺注醇泵每年僅泄壓裝置一項維護費用可降低近110 元。另外，如果計劃在檢修技改時拆除原管路安全閥及放空流程，則每個集氣站需一次性支出施工費2 000 元，按照一個集氣站裝備8 臺注醇泵計算，改造后2.5 年后即可收回成本。

2.3.3 改造后對泄壓閥的維護管理建議 為保證泄壓閥能夠正常運行，須注意以下幾方面：（1）在夏季注醇泵停用期間，對每臺注醇泵泄壓閥進行維護保養；（2）在入冬啟用注醇泵前，對泄壓閥開啟壓力進行設置（安全起見，一般取高于氣井井口壓力2～3 MPa），并對其靈敏程度進行測試，出現問題及時整改；（3）在冬季使用注醇泵期間，注意觀察和檢查泄壓閥，一旦發現問題及時整改。

3 結論

（1）對隔膜泵出口上安全閥流程的改造通過理論分析與現場試驗證明是可行的，實際改造需考慮工藝、安全等方面的因素。

（2）改造后各集氣站需做好對泄壓閥的管理及維護保養工作。

［1］ 郭鋼，張建華.靖邊氣田水合物形成預測優化注醇［J］.石油化工應用，2011，30（5）：45-48.

［2］ 中華人民共和國國家標準.計量泵GB/T 7782-2008［S］.北京：中國標準出版社，2008.