分析解決油田用高壓柱塞泵振動問題的技術改進措施

于春玲 趙靜 岳國斌 丁志強 孔德集（天津市大港油田分公司，天津300280）

0 引言

離心泵的特點是排量大、壓力低、運行平穩(wěn)，適用于油田大面積注水，但耗能高。注水單耗高達6.9度/m3。目前我們現(xiàn)場注水大部分由原來的離心泵逐漸由柱塞泵代替。柱塞泵是工業(yè)泵中不可缺少的一類產(chǎn)品。它的突出優(yōu)點是：可獲得高的排壓，且流量與壓力無關，適應輸送介質(zhì)十分廣泛，吸入性能好，效率高；泵的性能不隨壓力和輸送介質(zhì)粘度的變動而變動。

在當今世界能源緊缺的形勢下，柱塞泵作為節(jié)能產(chǎn)品，在石油開發(fā)、管道輸煤、煤氣化工、電站排渣、礦山開采等方面起著重要作用，而且在壓力容器檢測和實現(xiàn)現(xiàn)代化石油化工工業(yè)全面自動化操作方面也是不可缺少的品種.因此，在我們?nèi)粘Ｖ霉芾懋斨斜仨毠芾砗弥枚疫M行對其做好維護保養(yǎng)工作，在工作中及時發(fā)現(xiàn)問題及時解決問題，最終使節(jié)約成本費用下降、材料費用降低、員工勞動強度降低，消除安全隱患、及采取好的建議及時進行推廣。通過多年的使用，針對柱塞泵振動大，暴露出一些安全問題。這就需要我們及時解決。保證設備、人員的安全，平穩(wěn)注水。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

目前，采油一廠作業(yè)四區(qū)馬西注水站共有三臺KGF180-1360 高壓離心泵，單臺排量180m3/h；為了降低注水單耗，2016年新增了5ZB-20/43 型柱塞式注水泵7 臺，單臺泵注水能力57m3/h，日常運行6 臺高壓柱塞泵。目前馬西注水站設計注水能力20000m3/d，實際注水量7000m3/d，泵壓10.5～11.5MPa。擔負著采油一廠90多口注水井注水。參見表1：采油一廠作業(yè)四區(qū)馬西注水站設備明細表。

表1 采油一廠作業(yè)四區(qū)馬西注水站設備明細表

2 存在問題

柱塞泵投入運行后,流程異常振動，特別是2018 年10 月至2019年3月，振動加劇。柱塞泵出口流程及回流流程頻繁出現(xiàn)焊縫開裂，存在極大安全隱患。造成柱塞泵頻繁的啟停泵，平均使用壽命不足24個小時，注水單耗高達4.5kWh/m3，影響注水時率。不能保證平穩(wěn)注水。多次施工提高維修費用高達7～8萬元。同時由于管線異常振動，造成管線上安裝的流量計內(nèi)部零件損壞，不能正常工作。參見表2：2019年1-3月馬西注水站柱塞泵管線開裂情況。

表2 2019年1-3月馬西注水站柱塞泵管線開裂情況

3 原因分析

經(jīng)過我們掌握的第一手資料，分析新泵房柱塞泵振動大問題原因主要有以下三方面：

（1）泵出口流程震動的主要原因是出口流程管徑設計的偏小，特別是出口單流閥過流面積過小(過流面積直徑不足40mm)。柱塞泵運行過程中相當于將出口閥門關小，由于液體的不可壓縮特性，脈動排出的高壓液體不能全部及時的排出，造成瞬間壓力升高流速增大，造成類似于“水擊”的現(xiàn)象，使出口流程產(chǎn)生橫向位移造成劇烈震動。同時形成的內(nèi)應力會在出口流程三通、焊口、尖角等薄弱處形成應力集中，導致流程管件出現(xiàn)疲勞裂紋形成破壞。

（2）次要原因是由于高壓出口匯管與回流管線匯管埋于地下，管線下方?jīng)]有基礎支撐固定，管線懸空得不到很好的支撐與固定機械震動不能有效緩解，同時多臺泵同時運行時還會出現(xiàn)共振現(xiàn)象，從而加劇了泵出口流程震動的產(chǎn)生。

（3）受到破壞最多的部位為回流管線與泵出口管線的T接部位的異徑三通。出口管線產(chǎn)生徑向位移時回流管線相對產(chǎn)生束縛力這就形成了破壞應力，異徑三通的回流閥一側(cè)管徑變小，壁厚變薄就無疑成為應力集中最嚴重的部位。

4 解決措施

針對柱塞泵上述缺點和存在的不安全因素，提出了以下改進措施：

（1）更換新泵房高壓柱塞泵出口流程，由現(xiàn)有的3in更換為4in，彎頭倍率由2.5D擴大為4D；

（2）將原流程使用的單流閥、高壓截止閥以及彎頭，由一個多功能高壓截止閥替代，避免單流閥縮徑導致的水擊現(xiàn)象，同時縮短了流程增強了結(jié)構(gòu)剛性。

（3）改造四臺機泵的回流管線，由之前的垂直入地改為三通水平放置，通過角閥連接向下垂直于地面，再和回流匯管相連接。回流匯管平行于泵出口匯管，安裝在同樣的預制基礎上并可靠固定。

改造后2019 年5-7 月的柱塞泵運行狀況參見表3：改造后馬西注水站柱塞泵運行統(tǒng)計表。

表3 改造后馬西注水站柱塞泵運行統(tǒng)計表（2019年5-7月）

5 效果分析

從改進前后維修統(tǒng)計和泵的運行參數(shù)中可以看出：經(jīng)過改進后，由于泵連續(xù)運行，提高柱塞泵泵效，降低因啟、停泵所耗費的電量損失。降低了維修費用。平均泵效由原來的90.62%增加到96.5%，降低單耗0.1～0.5 kwh/m3，一年下來可節(jié)約4 萬多度電。提高了生產(chǎn)效率及減少了啟停泵次數(shù)，提高了機泵運行率。維修工作量相對減少，保證了柱塞高效運行，提高生產(chǎn)時率，特別是保證了員工的安全。同時得到了有關部門的認可。