化工離心式注水泵性能優化方法探討

摘要：在油田的整個工作系統中，注水系統是名副其實的高能耗環節，因此實際運作過程中特別需要各種技術方法和手段來提高設備的效率，減少企業的使用成本。文章通過分析多級離心式注水泵使用中出現的各類現象和問題，總結得出提升泵效的具體方法和措施。

關鍵詞：化工離心式注水泵；泵軸腐蝕；改良措施；性能優化；油田開采 文獻標識碼：A

中圖分類號：TE933 文章編號：1009-2374（2017）08-0055-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.026

工業石油需求日漸增大，隨之石油工業腳步加快，而油田每日所需的注水量也逐年提高，發展到現階段，每年石油注水量達到7億t，而且增長趨勢不見平緩。傳統系統中應用的柱塞泵排量較小，已經不能滿足需求，而離心式注水泵越來越得到更多人的認可，目前我國大部分油田公司，包括大慶油田和勝利油田，都應用了這種水泵形式，但是這種離心式注水泵型號較多，使用程序繁瑣，大部分和國外使用水平相比都較低，而油田注水系統的耗電量占全部耗電量的45%以上。所以，一種新的國產的離心式注水泵技術型號的研制開發成為我國現階段急需解決的問題，各大石油工業的發展水平提升就依靠此項技術的改造開發。

1 多級離心式注水泵運行現狀

多級離心式注水泵運行現狀慘淡，油田開發現在迎來了高含水開發的階段，而離心泵作為電能主要消耗的環節，隨著注水量需求的不斷提高，能量資源消耗急需減少的背景下，如何使得離心泵正常運作成為重中之重，據統計，對于功率為1000kW的泵，效率每下降1%，每年就有4.3萬元（按0.5元/kW·h計算）成本的增加，這樣的情況下就要求技術人員頻繁并且定期地對離心泵效率進行測試和記錄，以便統計泵站設備的運行情況和總結泵效率下降原因，同時能夠及時修補企業因為泵效率下降產生的效益損失，檢測同時記錄也能夠更有效地綜合分析以得出提高泵的使用效率的依據，同時對采油廠的節能和系統技術方法改造提升提供指導依據。化工離心式注水泵如圖1所示：

2 注水泵運行效率問題

在實際生產中對泵運行效率的研究過程中發現，使得泵運行效率低下的主要原因為：（1）在對泵進行較大修補之后，泵的質量無法保證能夠恢復正常，而油田一般對于泵運行1h之后的效率不能下降多于2%，現實使用過程中存在泵運行超過1h之后，泵效下降超過2%的時候，沒有及時進行修補和更換。（2）實際生產過程中沒有貼切實用可操作的辦法能夠確保泵運行一直處于高效的狀態，主要影響因素有兩方面，一方面是管理過程中，為了保證生產有效開始和進行，管理人員經常降低負荷，使得供電系統不處于正常運作狀態，最終致使泵運行低效；另一方面，注水泵的注水參數和運行時的參數不一樣，注水泵外部體系泵機能運行參數和注水參數不相符。注水井進行注水時若水量不穩定，干壓就會形成變化，注水站只能使用泵閥調整流量，導致泵運行遠離高效區。嚴峻的注水開發形勢，使泵站外網需要和供水功能越發不相符，致使泵的運行功效減低。為使生產參考數值的最好標配得以實現，首先要求技能人員對壓力變化趨勢、油藏所需注水量、離心泵特質曲線加以貫穿，結合不同類型泵組合運營，對泵效、泵壓、單耗等不同標準實行對比解析，歸納注水泵最優化配合形式；其次要求崗位人員依據外網生產狀況調整泵的運營分配模式，達成崗位生產調整的標準化，保證設備運營處在優等參數下。

3 離心式注水泵功能改善的方法與思路

遵循離心式注水泵存留的問題，油田擬定如下詳細處理方法與思路：（1）對水質實施化驗、分析探究，依據水質特征及生產實際經歷，為泵軸選取相對耐腐蝕的素材，排除泵軸等直接觸及污水介質的零部件的腐蝕問題；（2）對于泵的效率、排量、揚程下降等題目，匯集技術力量協同攻克，對泵的機能下調的起因實行探究解析，改善設計，解決泵軸、軸瓦磨損等問題，使泵的機能達成設計標準。

4 離心式注水泵機能改良的探究及實施

4.1 離心式注水泵機能下調的探究

4.1.1 離心式注水泵機能下調的原由。在返修整改前油田離心式注水泵的泵軸低壓端徑向跳動超差，葉輪密封環、泵軸、中段、殼體密封環等零件的材料組織留存瑕疵，呈現流量減小與泵壓力不足的問題，不能滿足生產需求。離心式注水泵經解析后機能下調主要有以下方面的原由：（1）離心式注水泵經過一段時期的運用后，嚴重損傷了葉輪輪轂密封環，導致級間泄漏增多，排量下降，壓力失調嚴重。而使葉輪輪轂密封環損耗的可能性是因為轉子動平衡不佳引發震動，致使接觸損耗；（2）中段背面汽蝕后出現旋渦，增加水流障礙力，排量減低。使中段沖刷及汽蝕的起因是葉輪出口與導葉進口存在壓力差，因而轉子偏向于驅動端側，葉輪出口端的高壓水立刻沖洗中段背側。對轉子軸向偏離性大的原因便是加工與裝配偏差的堆積和均衡機構（軸向平衡盤）的損耗（轉子向驅動端挪動）；（3）軸向均衡系統迷宮密封損耗及漏失量、失效增加，致使排量下降，泵體波動增加，而葉輪輪轂密封環和軸向均衡系統密封環的損耗又會加重。上述三個要素，任意一點都會使離心式注水泵出口壓力損耗增加，排量減低，揚程減小，導致注水泵不能正常運轉。

4.1.2 改善注水泵性能的方法。針對離心式注水泵性能下降的起因，鉆研此項目學者提出四種修改方案：（1）重新組裝泵轉子，測量出葉輪出口距離，要求葉輪出口距離等同并和導葉入口對中；（2）重新進行轉子動均衡，防止葉輪輪轂密封環的碰觸性損耗；（3）改善原計劃，把中段背面圓弧改成斜面，取締原來臺階，為提升耐蝕性，需在此斜面上堆焊S112鈷基焊絲，并且提升葉輪前蓋板與中部背面的外表光潔度，減少流體阻力，減弱沖蝕，提升壽命；（4）替換葉輪密封環和殼體密封環、葉輪輪轂密封環和導葉套材料，整體改成316堆焊材料。

4.2 離心式注水泵泵軸腐蝕探究

4.2.1 油田注水水質解析。技術人員對油田注水水質實行了化驗分析，由檢驗數據分析得知，油田注水水質具備三個特征：（1）原水pH值為5.5，呈現出酸性；（2）礦化度很高，首要成垢離子濃度高達到數萬mg/L，水質類型屬于氯化鈣型；（3）氯離子含鈣量達到15.36×104mg/L，其根源便是氯化物鹽類。普通情形下，氯離子增多，含鹽量增進，水的侵蝕性增強。

4.2.2 注水泵泵軸侵蝕的起因。離心式注水泵泵軸主要材料是IGrl7Ni2，對氧化性酸，大多數有機鹽類和有機酸的水溶液具備優良的耐蝕性，針對特有的無機酸耐侵蝕性極低。I1Grl7Ni2鋼最不耐Cl-與SO2-腐蝕，在5×104ppm（溫度20℃）時的侵蝕速率均高于10.0mm/a。由于油田注水水質中Cl-含概量達到15.36×104mg/L，SO2-濃度極低，所以首要是Cl-引發泵軸侵蝕。另泵軸在裝配機械密封O型圈處侵蝕，主要為滿足安裝工藝的需要，采取外面鍍鉻治理技術，為避免粘接，增強硬度，但鍍鉻不耐Cl-侵蝕。

4.2.3 注水泵泵軸材料的革新舉措。蒙乃爾K500是一種以金屬鎳為架構增添錳、鐵、銅等其余元素而成的特有的合金，耐氫氟酸、硫酸、鹽酸的侵蝕，尤其是禁得起鹽酸的侵蝕。在室溫下蒙乃爾K500在20%濃度的鹽酸中侵蝕速率低于0.5mm/a。區別于1Grl7Ni2鋼，對Cl-有顯著的耐蝕性。為加大泵軸的耐蝕機能，將泵軸材料換成一種耐蝕材質。故此，探究最后斷定泵軸材料由1Grl7Ni2變為蒙乃爾K50O，從而提升泵軸的耐侵

蝕性。

依據上述方法，生產方對DG25-50型注水泵實行了技能創新，并在革新后提供了機能檢測。機能檢測闡明通過技能改善，使得DG25-50型離心式注水泵的性能得到復興，可滿足注水生產的需求。油田隨即對其他五臺離心式注水泵及其附屬裝備實行改善。注水泵實行情況優良，減少了裝備非正常修理與返廠修理次數，節省了修理金額，延長了使用壽命，獲得了良好的經濟效益。

5 未來發展方向

與國外相比，國內離心式注水泵的功效方面仍然存在一定的差距，我國離心式注水泵在未來的發展方向可以從下面四點進行：（1）對國外的先進技術進行更深入和研究，研制出更多節能降耗的新產品；（2）在目前已有的技術之上對更多新領域的離心式注水泵進行研制和開發；（3）要不斷開發關鍵技術和重視研究工作，讓離心式注水泵整體的性能得到質的提高；（4）進一步研究完善已經投入生產的設備，將新興材料結合在實際生產中，讓其產品質量得到有效提高。

6 結語

在我國石油產業日趨壯大的前景下，離心式注水泵雖經歷了三個時間段的持續創造和革新，已普遍應用于油田中，成為如今發展的趨勢，但在生產中依然不能盡善盡美，仍有很多的方面需要創新發展，且其整體的運行效能也有待提高，耗能的減少仍是離心式注水泵未來研討的重要方向。

參考文獻

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作者簡介：王錫偉（1973-），男，甘肅蘭州人，蘭州水泵總廠工程師，研究方向：化工離心式注水泵性能。

（責任編輯：蔣建華）