蒸汽注熱鍋爐給水柱塞泵水溫影響運(yùn)行效率問(wèn)題分析研究

中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司 天津 300459

引言

該文章對(duì)國(guó)內(nèi)某海上稠油熱采平臺(tái)蒸汽注熱鍋爐給水柱塞泵入口水溫高影響運(yùn)行效率的問(wèn)題進(jìn)行分析研究，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)文件以及鍋爐、熱力除氧器、柱塞泵等廠家資料進(jìn)行分析，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，最終確定了高溫影響柱塞泵運(yùn)行效率的原因，最終采取措施保證了蒸汽注熱鍋爐給水柱塞泵的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 問(wèn)題描述

國(guó)內(nèi)某海上稠油熱采油田蒸汽注熱系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中，在熱力除氧裝置達(dá)到設(shè)計(jì)溫度運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)如下問(wèn)題：

（1）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試前檢查發(fā)現(xiàn)鍋爐給水柱塞泵銘牌要求入口溫度小于75℃，但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行溫度在42-105℃之間，實(shí)際操作溫度與泵設(shè)計(jì)溫度不相符，經(jīng)過(guò)分析泵內(nèi)部設(shè)計(jì)文件，現(xiàn)場(chǎng)更換了泵內(nèi)部非高溫密封圈部件（含進(jìn)排液閥組、泵出入口連接件、安全閥），滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用溫度的需求。

（2）熱力除氧器設(shè)計(jì)操作溫度158℃，操作壓力480KPa；注熱系統(tǒng)逐步上提熱力除氧器溫度至120℃左右時(shí)，鍋爐給水柱塞泵入口溫度就超過(guò)90℃了，給水泵的流量從10方/小時(shí)下降到4方/小時(shí)，鍋爐給水柱塞泵入口溫度升高后泵效降低嚴(yán)重。

（3）本項(xiàng)目設(shè)計(jì)上在熱力除氧器出口會(huì)經(jīng)過(guò)板式換熱器給海水淡化系統(tǒng)入口海水加溫至25℃左右，但夏季工況海水溫度高于25℃，板式換熱器不需要投用，因此，除氧器出口至鍋爐給水柱塞泵淡水未經(jīng)過(guò)換熱器降溫，直接進(jìn)入蒸汽注熱鍋爐給水柱塞泵，進(jìn)一步加劇了系統(tǒng)溫度[1]。

2 原因分析

（1）本系統(tǒng)中有三臺(tái)蒸汽注熱鍋爐給水柱塞泵，在調(diào)試前已更換高溫密封圈（含進(jìn)排液閥組、泵出入口連接件、安全閥），現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試在入口水溫達(dá)到實(shí)際運(yùn)行溫度時(shí)（42-105℃），未出現(xiàn)滲漏問(wèn)題。

（2）根據(jù)理論數(shù)據(jù)推算，飽和水蒸氣壓力溫度對(duì)照詳見(jiàn)下表1，在泵入口壓力高于某溫度對(duì)應(yīng)的水蒸氣絕對(duì)壓強(qiáng)時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生氣化影響蒸汽注熱鍋爐給水柱塞泵出口流量。

（3）粗紅線為主加熱蒸汽（深度除氧），細(xì)紅線為輔助加熱蒸汽（初步除氧）。深度除氧階段大部分蒸汽通過(guò)噴嘴進(jìn)入除氧器底部，而除氧器出口水管也在底端，當(dāng)需要提高除氧器內(nèi)溫度時(shí)必然加大蒸汽量，蒸汽可通過(guò)除氧器與蒸汽注熱鍋爐給水柱塞泵連接管線進(jìn)入泵體，造成泵流量不穩(wěn)定。此種工況雖然管道內(nèi)壓力穩(wěn)定，但基于上述原因柱塞泵入口實(shí)際供水中含有水蒸氣，造成實(shí)際供水量不足。

（1）隨著熱力除氧器溫度逐步增高，因出口板式換熱器換器在夏季不需要投用，不能把進(jìn)入管道的蒸汽冷凝為液態(tài)水；造成蒸汽注熱鍋爐給水柱塞泵內(nèi)部含有水蒸氣，發(fā)生泵氣蝕，引發(fā)泵效降低以及泵高震動(dòng)。

（2）通過(guò)以上分析，確定了問(wèn)題的基本原因，現(xiàn)場(chǎng)組織以下實(shí)驗(yàn)論證工作：?jiǎn)?dòng)熱采注氣系統(tǒng)鍋爐和熱力除氧器，將熱力除氧器內(nèi)溫度調(diào)至100℃左右，不進(jìn)行熱力除氧工作，避免熱力除氧蒸汽進(jìn)入管道，保證進(jìn)入柱塞泵入口為90℃左右的不含蒸汽的純水，啟動(dòng)蒸汽注熱鍋爐給水柱塞泵觀察泵效及泵震動(dòng)情況[2]。

圖1 無(wú)頭除氧器工藝示意圖

3 解決方案建議

（1）通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，未發(fā)生蒸汽注熱鍋爐給水柱塞泵的高震動(dòng)問(wèn)題，泵效降低10%左右，基本滿足現(xiàn)場(chǎng)使用情況。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明之前運(yùn)行工況下，管道內(nèi)部有水蒸氣進(jìn)入鍋爐給水柱塞泵，導(dǎo)致泵氣蝕，發(fā)生泵體震動(dòng)及泵效降低嚴(yán)重。

根據(jù)注汽鍋爐及熱力除氧器技術(shù)指標(biāo)，當(dāng)熱力除氧器在水溫104℃，壓力20kPa便可除去水中95%以上溶解氧，達(dá)到鍋爐水質(zhì)要求；現(xiàn)場(chǎng)將熱力除氧器溫度降到104℃，壓力降到20kPa，蒸汽注熱鍋爐給水柱塞泵入庫(kù)水溫降到了70℃以下，現(xiàn)場(chǎng)蒸汽注熱鍋爐給水柱塞泵流量及震動(dòng)滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)對(duì)蒸汽注熱鍋爐給水柱塞泵進(jìn)一步拆解，發(fā)現(xiàn)前期更換密封圈和泵進(jìn)出口閥板耐高溫材質(zhì)時(shí)未考慮進(jìn)出口閥板（PTFE材質(zhì)），該材質(zhì)不適用于高溫運(yùn)行情況。由于泵進(jìn)出口閥板材質(zhì)為非金屬材質(zhì)，熱膨脹系數(shù)和泵體的金屬材質(zhì)不一致，在高溫下運(yùn)行可能會(huì)出現(xiàn)閥板卡滯的現(xiàn)象，導(dǎo)致蒸汽注熱鍋爐給水柱塞泵運(yùn)行可靠性降低（泵入口壓力波動(dòng)大、泵流量下降）。

經(jīng)過(guò)對(duì)蒸汽注熱鍋爐給水柱塞泵閥板（PTFE材質(zhì)）更換為耐高溫金屬閥板，經(jīng)過(guò)一個(gè)輪次油井蒸汽注熱的耐久性使用，蒸汽注熱鍋爐給水柱塞泵穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）對(duì)于到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備，如果實(shí)際運(yùn)行與設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，要進(jìn)行全面系統(tǒng)性分析，對(duì)設(shè)備改造要全面，避免產(chǎn)生遺漏情況。

（2）對(duì)于高溫水系統(tǒng)，對(duì)于泵的選型、工藝流程設(shè)計(jì)以及現(xiàn)場(chǎng)配管設(shè)計(jì)都要有考慮全面，避免產(chǎn)生系統(tǒng)性問(wèn)題。