集輸系統中螺桿泵性能影響因素與優化對策

代兵 陳鵬 張子鵬 姚婷

摘 要：單螺桿泵在油田集輸系統中已經發展為不可缺少的部分，因具有結構簡單、投資少，效率高，節約能源的特點，使其在油氣輸送過程中被廣泛應用.然而，螺桿泵的選擇也極其重要，在油氣輸送過程所需泵的排量、進口流量、排量和楊程等因素，都直接關系到螺桿泵的工作效率。

關鍵詞：單螺桿泵；集輸系統；結構原理；流量排量；工作效率

1引言

在油氣田開發過程中，用于輸送油氣介質的單螺桿泵通常被稱混輸泵它是一種內合嚙偏心回轉螺桿泵，屬轉子式容積泵，單頭螺桿轉子在螺孔的定子孔腔內嚙合，形成若干密閉腔，當轉子繞定子軸作行心旋轉時，這些密閉腔作螺旋運動在連續勻速地運轉時，容積不變的將密閉腔內的介質從吸入端送到壓出端，由于轉子一定子副嚙合的密封線，將吸入腔和排出腔有效地隔開，且轉子在定子孔內表面并非完全滑動摩擦運動。

2單螺桿泵的基本結構及原理

2.1單螺桿泵的結構圖

2.2單螺桿泵的基本結構

（1）電動部分：電動機是螺桿泵的動力源，它將電能轉化為機械能一般用防暴型三相異步電機。（2）減速箱部分：主要作用是傳遞動力并實現一級減速它將電機的動力由輸入軸通過齒輪傳遞到輸出軸，輸出軸聯接光桿，由光桿將動力傳遞到螺桿泵轉子。（3）定子和轉子部分：定子是由丁睛橡膠澆鑄在鋼體外套內形成的襯套的內表面是雙螺旋曲面（或多螺旋曲面），定子與轉子配合.轉子在定子內轉動，實現抽吸功能。

2.3單螺桿泵的工作原理

當由外界的動力原驅動螺桿泵的螺桿作旋轉運動時，螺桿螺旋槽的吸入端周期性地打開，吸入腔的容積V因螺旋凹槽的打開而逐漸增大到V+ΔV。

2. 4螺桿泵動力學分析

分析模型確定螺桿泵進出口工作壓差一般為5-15Mpa，泵級數一般為14-40級，即單級承壓能力在0.3-0.6MPa。所謂單級是指一個完整的封閉腔室也即定子的一個完整導程。對轉子液壓力的分析僅在一個封閉腔室即可。由于對稱性，可取半個導程即一個轉子螺矩t長度范圍內進行分析。為計算方便，建立轉子空間曲面方程如下：

將定轉子分成多個獨立封閉腔室。定轉子的線嚙合和點嚙合組成的嚙合線由線嚙合線方程得嚙合線的軸向移動速度，即密封腔室的推移速度。

當轉子與定子的嚙合工作長度為定子導程和整數倍時，封閉腔室的產生和消失同時發生；當非完整定子導程部分小于轉子螺距時，封閉腔室產生和消失不同時發生；當非完整定子導程部分大于轉子螺距時，封閉腔室的產生和消失同時發生。

2. 5工作參數對螺桿泵工作特性影響

工作轉速對單級承壓能力的影響工作轉速與泵的排量成正比，同時由前文所述，隨著轉子轉速的增加，可有效減少漏損，增加泵的舉升能力。

2 .6溫度對螺桿泵工作特性的影響

定子橡膠襯套在實際工況環境下，其體積將發生熱脹，熱脹的結果是增加定、轉子間的過盈，進而可提高螺桿泵的舉升能力。螺桿泵在不同溫度下測得的單級承壓能力變化曲線。可見，溫度的增加會有效提升舉升能力。而實驗發現，溫度對螺桿泵轉子負載扭矩無明顯影響。

2. 7定子型線精度對螺桿泵工作特性影響

（1）橡膠特性定子在制造過程中，定子橡膠要經過擠注、硫化等工藝，橡膠自身的熱塑性決定了厚度相差較大的橡膠在每一點處的變形量是不一致的。 （2）芯軸定子襯套的制造是采用在定子鋼體外套與芯軸之間擠入橡膠，經硫化后形成的。 （3）溫度由于橡膠的熱脹性，在溫度發生變化后，其定子襯套橡膠會發生體積膨脹，同時因為定子橡膠厚度的不均勻性，導致定子型線的變形，使定子型線精度下降。（4）舉升介質螺桿泵長期在油氣水三相介質中工作，油氣對定子橡膠的物理化學作用會使定子橡膠發生溶脹，同樣溶脹會使定子型線發生變形降低定子型線精度。（5）工作壓力螺桿泵工作腔室的壓力將壓縮定子橡膠，同樣會使定子型線發生變形降

低定子型線精度。

3現場應用

單螺桿泵已經全面推廣使用，由于油井原油生產狀況很不穩定，在一段時期內有可能氣體含量很高，而另一段時期內液體含量很高根據油區的具體情況，混輸介質溫度在8一20℃時，平均粘度在400-1000mpa.s，范圍內，單螺桿泵實現降低井口回壓、增加原油產量、提高開發效益以及達到油氣密閉輸送目的.：在混輸系統設計中，把如何提高輸送效率、減少電力消耗過程等問題作為攻關課題，確保油氣集輸系統安全、可靠、科學

4單螺桿泵的優點

4.1 結構和原理

（1）具有泵吸入性能好，泵壓穩，擾動小，介質無端流和攪動；（2）可以輸送高粘度及含磨蝕性雜質和固體顆粒的濃縮物，也可以實現兩相、三相介質的混輸，泵量程調節性能好，效率高；（3）運送液體的種類和粘度范圍寬廣。輸送介質溫度-100C：一1000C（特殊泵可達成1500C），最高粘度15000map.s。 （4）結構堅實，噪音低、安裝保養容易。

4.2 與其他機泵相比

（1）和離心泵相比螺桿泵無需安裝閥門流量，是穩定的線性流動；（2）和柱塞泵相比螺桿泵具有自吸能力強、吸入高度強；（3）和隔膜泵相比螺桿泵可輸送各種混合雜質含有氣體及固體顆粒或纖維的介質，也可輸送各種腐蝕性物質；（4）和齒輪泵相比，螺桿泵可輸送高粘度的物質；（5）和柱塞泵、隔膜泵及齒輪泵不同的是，螺桿泵也可用于藥劑填充和計量。

5單螺桿泵的局限性

雖然螺桿泵具有很多優點，但在某些方面也存在一定的缺點：（1）定子是橡膠制造，最容易損壞，如定子壽命短，則維修泵次數多，增加了維修材料費用。（2）泵需要流體潤滑，如果供液不足造成抽空，泵過熱將會引起定子彈性體老化，甚至燒毀。（3）泵的性能對液體的粘度變化比較敏感。（4）螺桿的加工和裝配要求較高。（5）雖然它操作簡單，若操作人員不經常適當操作訓練，操作不正確，也會造成泵損壞。

6單螺桿泵在油氣集輸中維護

螺桿泵在使用過程中，應該注意檢查、操作及保養項目，確保螺桿泵能正常高效的工作。

（1）檢查螺桿泵及管路及結合處有無松動現象用手轉動螺桿泵，試看螺桿泵是否靈活。（2）向螺桿泵軸承體內加人軸承潤滑機油，觀察油位應在油標的中心線處，潤滑油應及時更換或補充。（3）螺桿泵在運行過程中，軸承溫度不能超過環境溫度350C ；，最高溫度不得超過800C.（4）定期檢查螺桿泵軸套的磨損情況，磨損較大后應及時更換。（5）經常調整螺桿泵填料壓蓋，保證填料室內的滴漏情況正常（以成滴漏出為宜）。（6）盡量控制螺桿泵的流量和揚程在標牌上注明的范圍內，以保證螺桿泵在最高效率點運轉，才能獲得最大的節能效果。（7）螺桿泵要停止使用時，關好螺桿泵出水管路的閘閥和出口壓力表及進口真空表。（8）螺桿泵在寒冬季節使用時，停車后，需將泵體下部放水螺塞擰開將介質放凈，防止凍裂。（9）螺桿泵長期停用，需將螺桿泵全部拆開，擦干水分，將轉動部位及結合處涂以油脂裝好，妥善保存。

7結束語

螺桿泵隨著合成橡膠技術和粘接技術的發展而迅速發展起來目前，油田地面采用油氣水多相混輸技術已成為油氣集輸的必然趨勢，螺桿泵又是多相混輸系統的關鍵設備，極大地促進螺桿泵油氣集輸技術的成熟性同時，螺桿泵低投資、低能耗、對介質適應性強等優勢在油田地面挖潛增效的作用日益凸顯。

參考文獻：

[1] 直驅式螺桿泵驅動技術的初探[J]. 劉宏泉.內蒙古石油化工. 2017（03）

[2] 大慶油田螺桿泵應用現狀與節能效果評價[J]. 張東陽.化工管理. 2017（24）

[3] 螺桿泵密封性能故障原因及解決對策[J]. 周彪.石化技術. 2017（10）