天然氣處理廠氣動(dòng)隔膜泵技術(shù)改造及實(shí)驗(yàn)應(yīng)用*

牛景輝 倪攀 孟海龍

（1.天津石油職業(yè)技術(shù)學(xué)院；2.長慶油田分公司第三采氣廠）

隔膜泵作為一種新型輸送機(jī)械，適用于各種腐蝕性、帶顆粒、高黏度、易揮發(fā)、易燃、劇毒的液體[1-2]。在噴漆、陶瓷業(yè)中隔膜泵已占有絕對的主導(dǎo)地位，而在其他的一些行業(yè)中，像環(huán)保、廢水處理、建筑、排污、精細(xì)化工中正在擴(kuò)大使用，并具有其他泵不可替代的地位。由于隔膜泵具有泵不會(huì)過熱、不會(huì)產(chǎn)生電火花、可以通過含顆粒液體、流量可調(diào)節(jié)、具有自吸功能、可以空運(yùn)行、無需潤滑、維修簡便、便于移動(dòng)、泵效較高等特點(diǎn)，在天然氣處理廠使用較多；目前使用氣動(dòng)隔膜泵的區(qū)域主要有：污水處理均值調(diào)節(jié)池污水提升泵、含醇污水提升小泵、供熱站注油泵、增壓站廢潤滑油泵等。

1 氣動(dòng)隔膜泵技術(shù)改造情況

1.1 改造前裝置存在的缺點(diǎn)

長慶油田采氣三廠第四處理廠機(jī)泵改造項(xiàng)目中涉及的改造機(jī)泵為污水處理單元均質(zhì)調(diào)節(jié)池污水提升泵2 臺(tái)、卸車區(qū)含醇污水井污水提升泵1 臺(tái)、增壓站廢潤滑油泵1 臺(tái)及供熱站注油泵1 臺(tái)，共計(jì)5臺(tái)。改造前后設(shè)備相關(guān)參數(shù)見表1，其中均質(zhì)調(diào)節(jié)池、含醇污水小池污水提升泵、廢潤滑油泵均為離心泵，供熱站注油泵為齒輪泵。以上泵體在運(yùn)行過程中由于輸送介質(zhì)為含烴污水或黏性流體，導(dǎo)致其流量低、輸送效率不高，且污水離心泵啟泵時(shí)易造成地面污染。為提高生產(chǎn)效率，結(jié)合現(xiàn)場機(jī)泵運(yùn)行情況，改為氣動(dòng)隔膜泵，以改善泵流量不高、污染環(huán)境的狀況。

表1 改造前后相關(guān)設(shè)備參數(shù)

1.2 裝置改造措施

1）均質(zhì)調(diào)節(jié)池污水提升泵。改造前使用的無密封自吸泵實(shí)際流量達(dá)不到工作需要，且清理泵進(jìn)口濾網(wǎng)及泵體工作繁瑣，日常維護(hù)不便。由于污水提升泵出口未加裝流量計(jì)，不能直接計(jì)量。采用兩種數(shù)據(jù)采集方法進(jìn)行估算，實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)原理見圖1，實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)見表2。

第一種方法：當(dāng)均質(zhì)調(diào)節(jié)池液位一定時(shí)，停運(yùn)回注系統(tǒng)使凈化水罐液位固定，對自動(dòng)過濾裝置進(jìn)行反洗后排至均質(zhì)調(diào)節(jié)池，記錄液位下降液位高度；凈化水罐液位歷史曲線見圖2。啟動(dòng)隔膜泵，當(dāng)均質(zhì)調(diào)節(jié)池液位與反洗前相同時(shí)，記錄所需時(shí)間，從而得出該泵的排量。根據(jù)液位下降核算隔膜泵流量為24.3 m3/h （凈化罐底面積為53.3 m2） 核算隔膜泵的排量為23.452 m3/h 。由此可見，針對雜質(zhì)多且成分復(fù)雜的污水易造成管路堵塞的情況，氣動(dòng)隔膜泵可通過顆粒且流量可調(diào)。

表2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集情況

圖1 實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)原理圖

圖2 凈化水罐液位歷史曲線

第二種方法：停運(yùn)卸車池轉(zhuǎn)水泵，停運(yùn)回注系統(tǒng)，當(dāng)均質(zhì)調(diào)節(jié)池液位達(dá)到一定范圍時(shí)，啟用隔膜泵，觀察除油罐的液位變化，根據(jù)隔膜泵啟停時(shí)間及除油罐液位變化計(jì)算排量。實(shí)驗(yàn)前后除油罐液位變化如圖3 所示。核算隔膜泵的排量為20.87 m3/h。

2）含醇污水小池污水提升泵。改造前泵不上量，每次需接臨時(shí)泵將污水池雜質(zhì)抽入含醇污水池，常有泵體內(nèi)雜物堵塞情況。

3）增壓站廢潤滑油泵。增壓站廢潤滑油泵改為氣動(dòng)隔膜泵投用后，回收廢油1 次，共計(jì)回收20桶，用時(shí)50 min，平均2.5 min 回收1 桶油（容量為209 L），核算排量為5.016 m3/h。此外，增壓站加潤滑油臨時(shí)泵也采用氣動(dòng)隔膜泵，夏季加1 桶油的時(shí)間為1 h，冬季潤滑油黏度較大，加1 桶油品所需時(shí)間為2.5 h。

圖3 除油罐液位變化圖

2 氣動(dòng)隔膜泵與其他形式泵性能對比分析

1）維修頻次。相比較之前所采用的離心泵而言，氣動(dòng)隔膜泵的維修頻次大幅度降低，無需每天清理泵進(jìn)口濾網(wǎng)、拆泵體清理雜物，從而減少操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

2）操作維護(hù)。氣動(dòng)隔膜泵在長慶油田采氣三廠第四處理廠使用期間，用于各種惡劣介質(zhì)。泵體沒有摩擦無磨損無發(fā)熱適應(yīng)于各種環(huán)境，抽送泥漿、雜質(zhì)時(shí)對泵磨損甚微；體積比較小移動(dòng)方便，可以在特殊空間進(jìn)行作業(yè)；不需灌引，水流動(dòng)寬廣，通過性能好；操作方便、工作可靠、開停只需簡單地打開和關(guān)閉氣體閥門，即使由于意外情況而長時(shí)間無介質(zhì)運(yùn)行或突然停機(jī)，泵也不會(huì)因此而損壞，不但超負(fù)荷時(shí)泵會(huì)自動(dòng)停機(jī)、具有自我保護(hù)性能，而且當(dāng)負(fù)荷恢復(fù)正常后又能自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行[3-4]。

氣動(dòng)隔膜泵結(jié)構(gòu)簡單，沒有軸封，沒有動(dòng)泄漏，維修保養(yǎng)方便，故障頻率低，具有體積小、重量輕、操作便捷、可以移動(dòng)使用的特點(diǎn)，可以將其用在具有壓縮空氣條件下的特殊液體介質(zhì)和特殊場合中[5-6]。

3 試驗(yàn)應(yīng)用評(píng)估

無密封自吸泵在污水卸車和處理區(qū)域運(yùn)行的故障主要是污泥、雜物、油份較多造成的流量低、甚至無流量；而運(yùn)用氣動(dòng)隔膜泵后，未對之進(jìn)行任何零件維修更換，證明其對于水質(zhì)較差的環(huán)境具有較好的運(yùn)行效果。從能量消耗來看，各隔膜泵改造前能量消耗見表3，電費(fèi)按照工業(yè)用電算，約0.5元/kWh。

表3 隔膜泵改造前能量消耗

改造后，氣動(dòng)隔膜泵主要消耗驅(qū)動(dòng)氣，驅(qū)動(dòng)氣由空壓機(jī)提供，由于空壓機(jī)額定功率90 kW，生產(chǎn)空氣1 020 m3/h。制氮裝置額定制氮量為300 m3/h，第四處理廠氮?dú)庀狞c(diǎn)全部投運(yùn)時(shí)最大消耗氮?dú)饬考s為210 m3/h，低于額定制氮量，且每天使用時(shí)間有限，不會(huì)增加空壓機(jī)的負(fù)荷，故電能消耗幾乎不會(huì)增加。因此相對比改造前，在能耗方面，隔膜泵每年可節(jié)約1.5 萬元電費(fèi)。

此外，由于污水中的雜質(zhì)多且成分復(fù)雜，管路易于堵塞，這樣對電泵就形成負(fù)荷過高的情況，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱易損。而氣動(dòng)隔膜泵可通過允許直徑的顆粒且流量可調(diào)，管道堵塞時(shí)自動(dòng)停止至通暢后恢復(fù)運(yùn)行。

若使用柱塞泵生產(chǎn)，按照回注壓力10 MPa、柱塞泵運(yùn)行頻率為80%計(jì)算，則柱塞泵最高回注量為20 m3/h；而隔膜泵按回注量為10 m3/h 繼續(xù)計(jì)算。考慮電能消耗、維修費(fèi)以及設(shè)備成本來看，使用柱塞泵與使用隔膜泵的成本對比見表4。

表4 成本對比

從表4 可以看出，污水回注系統(tǒng)由于柱塞泵的密封性差、故障頻繁，能耗高，容易造成工作環(huán)境污染及能源浪費(fèi)；隔膜泵盡管初期投資較大，但是后期能顯著節(jié)約電費(fèi)和維修費(fèi)，長期使用總成本逐漸接近柱塞泵并最終低于柱塞泵，且能明顯提高了生產(chǎn)效率。

4 結(jié)束語

通過研究分析天然氣處理廠氣動(dòng)隔膜泵的運(yùn)行工況，并進(jìn)行了相關(guān)技術(shù)改造和試驗(yàn)應(yīng)用，從氣動(dòng)隔膜泵的流量、能耗、成本等性能參數(shù)可以看出，氣動(dòng)隔膜泵具有結(jié)構(gòu)簡單、維修保養(yǎng)方便、故障頻率低、易于移動(dòng)使用的優(yōu)勢，能夠?qū)⑵鋺?yīng)用在具有壓縮空氣條件下的特殊液體介質(zhì)和特殊場合中。若天然氣處理廠要長期生產(chǎn)5 年以上，氣動(dòng)隔膜泵在成本方面較目前普遍使用的柱塞泵也具有優(yōu)勢。也可以進(jìn)一步研究氣動(dòng)隔膜泵不同材質(zhì)進(jìn)行組合，以滿足其他行業(yè)各種特殊流體的輸送要求。