閉排系統污油泵運行異常分析及解決措施

成應杰

【摘 要】某天然氣處理終端接收海上平臺天然氣來氣，上岸天然氣在陸地處理終端經過吸附劑脫汞、MDEA脫碳、分子篩脫水、膨脹機制冷、液烴分餾等一系列生產工藝處理，得到合格天然氣和凝析油等液態產品。在上述生產工藝流程中，各個單元的含油污水經過排污流程進入閉排單元，通過污油泵輸送至污水處理系統。由于進入閉排系統含油污水組分與設計存在偏差，以及建造期間污油泵選型不合適等，造成閉排系統污油泵啟泵時出現故障，具體表現為污油泵頻繁氣鎖，影響閉排系統正常運行。文章對該天然氣處理終端閉排系統工藝流程進行分析，并查閱相關文獻，對比污油泵設計參數與現場實際參數，分析造成污油泵運行異常的具體原因，并提出了相應的解決措施，使閉排系統恢復正常運行。

【關鍵詞】閉排系統;污油泵;氣鎖現象;工藝流程

【中圖分類號】TE9;TE2 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2022）02-0114-03

0 引言

某天然氣處理終端閉排系統污油泵采用自吸式離心泵，該泵的入口管線連接閉排罐底部，出口輸送至污水處理系統，自吸式離心泵在啟泵時將泵入口管路中的液體吸入葉輪，在葉輪內混合后進入氣液分離室將氣液分離，氣體被排出泵外，液體回流到吸入室直至吸入管內充滿液體，達到正常輸送液體的目的。停泵后有一部分液體留在吸入室內，再次啟動泵時，留在吸入室內液體繼續在泵內循環，便于下次快速啟泵。該處理終端各工藝系統單元去往閉排系統的流體組分復雜，除了含油污水，還含有較多穩定輕烴、凝析油等組分，造成閉排系統內的流體組分偏輕，通過自吸式離心泵外輸時存在大量氣體揮發形成氣鎖，從而影響油泵正常運行。為解決該工藝故障，需要通過控制閉排系統入口組分及優化設備操作流程等措施，控制污油泵入口流體中氣體的含量，消除氣體影響，使污油泵恢復正常運轉。

1 閉排單元流程簡介

天然氣處理終端各個工藝系統排放的含油污水通過排污管線，經匯集后進入閉式排放罐，待閉式排放罐液位到達高報警值時，需要現場手動啟動污油泵降低閉排罐液位，閉式排放罐操作壓力為常壓，液相經污油泵增壓后輸送至污水處理系統或穩定凝析油儲罐進行沉降脫水處理。閉排單元流程如圖1所示。

2 污油泵工作原理、操作程序及系統運行參數

2.1 污油泵工作原理

泵體內部由吸入室、儲液室、氣液分離室等組成，正常啟動后，葉輪將吸入室中的液體和泵入口管路中的空氣一起吸入，在葉輪高速旋轉產生的離心力作用下被拋入氣液分離室，由于氣體和液體的比重不同，所以氣體將從泵體上部逸出，而液體則從下部返回葉輪重新與入口流體混合，在葉輪的持續作用下，使泵體入口形成一定的真空度，從而達到自吸的目的。自吸式離心泵之所以能把液體送出去是由于離心力的作用，當葉輪轉動時，葉片促使內部流體快速旋轉，被加速旋轉的流體在離心力的作用下從葉輪中被輸送至泵出口，葉輪的中心部分形成真空區域。自吸離心泵啟動前一定要向泵殼內充滿水方可啟動，否則將造成泵體發熱、震動、出液量減少等異常現象，對泵體造成損傷[1]。

2.2 設備操作程序

（1）自吸式離心泵的啟動流程如下：①確認閉排罐內部液位在30%以上，確保泵入口有足夠的流體來源;②打開泵入口閥門;③從引流口泵腔內部加注自來水，進行首次引流，擰緊引流口端蓋，防止漏氣影響自吸效果;④將泵出口閥門調整至小開度;⑤啟動現場操作柱旋鈕開關;⑥打開泵出口管線壓力表排放閥，對泵體進行排氣;⑦緩慢增大泵出口閥門的開度，根據泵的運行電流和泵出口壓力對泵的出口閥門開度進行調節。

（2）自吸式離心泵的停泵流程如下：①緩慢關閉泵的出口閥;②將現場控制旋鈕切換至“停止”狀態;③關閉泵入口閥門。

2.3 閉排罐主要運行參數及操作注意事項

（1）閉排罐主要運行參數見表1。

（2）操作注意事項：操作時需要控制好閉式排放罐的液位，嚴禁冒罐。同時，現場操作人員要注意檢查現場液位計的讀數是否與中控DCS遠傳數據一致，確保液位顯示正常[2]。

3 問題描述

投產至今，該天然氣處理終端閉排單元的污油泵運行效率低，在啟泵過程中頻繁發生氣鎖現象，使泵無法正常運轉，嚴重影響了閉排系統的穩定運行。現場操作人員對泵體進行排氣，但運行一段時間后仍會發生氣鎖，頻繁發生氣鎖一方面會造成閉排罐的液位無法得到控制，另一方面會加速損壞泵體，因此需要對產生氣鎖的原因進行深入分析，采取合理有效的措施提高污油泵的運行效率。

4 原因分析

自吸式離心泵的理論安裝高度又稱泵的允許安裝高度（亦稱允許吸上高度），是指泵的吸入口中心線與閉排罐底部可允許達到的最大的垂直距離。為了避免發生氣鎖現象，泵的安裝高度必須調整至合適值，泵的允許安裝高度計算公式如下：

HS=（P0-Pv）/ρg-△H-Hf

上式中，△H為理論允許氣鎖余量;Hf為沿程摩阻損失;HS為泵的允許安裝高度;P0為閉排罐內部壓力;Pv為自吸式離心泵吸入口壓力;ρ為流體介質的密度。

各工藝系統排放至閉排罐的流體介質組分不同，主要分為凝析油、穩定輕烴、含油污水等，因此不同組分計算出的允許安裝高度各不相同。研究人員可以通過化驗各組分的密度，利用泵的安裝高度計算公式計算出不同操作條件下和不同流體介質條件下污油泵相應的允許安裝高度[3]，具體計算結果見表2。

從表2的計算結果可以得出，污油泵在不同流體介質和操作條件下泵的理論安裝高度，將理論計算結果和污油泵的實際安裝結果對比可以得到以下結論。

（1）若閉排罐內的介質是常溫狀態的含油污水，污油泵的安裝高度合理，能夠順利吸入流體介質，保證污油泵穩定運轉。

（2）當閉排罐內的流體介質為高于53 ℃的含油污水時，含油污水的飽和蒸汽壓偏高，泵的實際安裝高度略大于理論計算的允許安裝高度，自吸式離心泵能夠順利吸入流體介質，但是偶爾會出現氣鎖。

（3）當閉排罐內的流體介質為常溫凝析油時，凝析油的飽和蒸汽壓過大，泵的實際安裝高度大于理論計算的允許安裝高度，凝析油在泵吸入口氣化，產生氣鎖。若當閉排罐內的凝析油溫度高于常溫，則會使凝析油的飽和蒸汽壓更高，加劇氣鎖現象。

（4）當閉排罐的流體介質為常溫穩定輕烴時，輕烴的飽和蒸汽壓過大，泵的實際安裝高度大于理論計算的允許安裝高度，輕烴在泵吸入口氣化，產生氣鎖。若當閉排罐內的穩定輕烴溫度高于常溫，則會使穩定輕烴的飽和蒸汽壓更高，加劇氣鎖現象。

5 解決措施

根據上述分析，該天然氣處理終端的污油泵頻繁氣鎖是由于閉排罐內部流體介質飽和蒸汽過大，泵的實際安裝高度大于允許安裝高度，導致流體介質在泵入口氣化形成氣鎖。為保證污油泵正常運行，必須滿足在正常操作條件下泵的實際安裝高度小于泵的允許安裝高度，由于泵的實際高度無法降低，所以必須提高泵的允許安裝高度。從泵的安裝高度的計算公式可以得出，若要提高泵的允許安裝高度，則必須提高閉排罐的操作壓力或改變閉排罐內部流體介質組分[4]，具體解決措施如下。

5.1 啟泵前在閉排罐中加入適當的常溫自來水

若閉排罐內流體介質為高于53 ℃的穩定凝析油時，流體介質的飽和蒸汽壓較高，Pv /ρg值偏大，導致允許安裝高度降低而發生氣鎖，此時可以通過向閉排罐加入20 ℃常溫自來水的方式降低罐內流體介質的溫度，從而降低流體介質的飽和蒸汽壓，即降低Pv /ρg值，從而提高泵的允許安裝高度。若閉排罐內部介質為穩定輕烴，飽和蒸汽壓將更高，Pv /ρg值也更大，導致允許安裝高度降低而產生氣鎖，此時可以采取同樣的措施，向閉排罐加入20 ℃常溫自來水，通過混合常溫自來水降低穩定輕烴的飽和蒸汽壓，降低Pv /ρg值，從而提高泵的允許安裝高度。

5.2 啟泵前對閉排罐適當加壓

閉排罐的操作壓力為常壓，若提高閉排罐的壓力，則P0/ρg值增大，從而提高泵的允許安裝高度。通過泵的安裝高度公式可以得到不同操作條件下，污油泵能正常運轉時所需要的壓力。具體的加壓方式有兩種：①通過接入氮氣軟管，連接至閉排罐頂部壓力安全閥上游排放閥，關閉壓力安全閥旁通隔離閥和所有進料來液，緩慢地使用氮氣充壓，當罐內壓力達到0.08 MPa時，停止充壓。②使用天然氣充壓，該天然氣處理終端燃料氣單元的緩沖罐底部設置排污功能，通過重力分離將水沉淀至罐底，通過一根2英寸（5.08 cm）管線連接至閉排罐，當需要向閉排罐補壓時，可通過手動方式打開該2英寸（5.08 cm）管線上的液位控制閥，將緩沖罐液相排盡后，向閉排罐輸送天然氣，對閉排罐進行充壓，當閉排罐壓力達到0.08 MPa后，停止充壓。

在充壓過程中需要注意：公用站的氣源接入要正確，嚴禁將空氣接入閉排系統;充壓時需要有專人監測閉排系統的壓力變化，嚴禁超壓，在閉排系統排液結束后需要及時將壓力安全閥旁通隔離閥恢復至打開狀態。

5.3 啟泵后對泵體進行排氣

在啟動污油泵前，先將泵體出口隔離閥門保持關閉，當啟泵后打開泵出口壓力表排放閥，釋放泵進出口管線內的氣體，確保氣體被排盡后再緩慢打開出口隔離閥，通過觀察操作柱電流和泵出口壓力表，調整閥門至合適開度，使操作電流達到額定電流，泵出口壓力達到正常的操作壓力。即，通過現場手動排氣的方式對泵體進行充液，確保在啟泵的過程中泵體中沒有氣體影響[5]。

5.4 優化工藝流程，減少閉排罐來液中輕組分的含量

閉排罐進料組分較為復雜，包括含油污水、凝析油、穩定輕烴等。根據上述分析，造成污油泵氣鎖的一個重要原因是來液中輕組分含量較大，導致啟泵過程中氣體分離使污油泵產生氣鎖，因此可以通過減少輕烴排液控制閉排罐來液組分。在現場生產操作過程中，當分餾單元出現工藝故障，如處理量、塔頂壓力、塔底溫度或者塔頂回流量不合適造成分餾塔或者塔頂分離器液位過高，此時需要及時打開排污管線向閉排罐排液，該操作會造成閉排罐進料中含有過多輕組分，因此可以通過適當調整分餾單元相關工藝參數，控制塔頂壓力和塔底重沸器溫度，適當減小分餾單元處理量，調整塔頂回流量，保持分餾單元運行穩定，從而避免閉排罐進料中含有過多的輕組分。

6 結論

本研究通過對天然氣處理終端閉排系統污油泵工藝故障進行分析，從自吸式離心泵的允許安裝高度這一角度作為突破口，分析對比允許安裝高度理論計算值和現場實際值，找出影響污油泵正常運行的關鍵癥結。同時，從閉排罐內部流體介質組分和操作壓力兩個方面展開研究，發現二者與污油泵氣鎖關聯密切，在理論計算的基礎上提出了解決方案。通過現場應用實踐，證明所提出的方案切實可行，成功解決了污油泵頻繁氣鎖的工藝故障，確保了天然氣處理終端閉排系統的正常穩定運行。

參 考 文 獻

[1]岳彬，李濤，張一鳴，等.不同工況下誘導輪對自吸離心泵氣鎖影響的研究[J].環境技術，2021，39（1）：106-111，132.

[2]王強.外混式自吸離心泵改造[J].通用機械，2019（4）：18-19，44.

[3]陳玉婷.淺談自吸式離心泵的分類及選用[J].廣東化工，2017，44（18）：154-155，171.

[4]馬棟棋.自吸離心泵結構與性能分析[J].福建農機，2017（2）：21-23.

[5]武永生，劉建瑞，李紅，等.新型自吸離心泵自吸結構設計與試驗研究[J].排灌機械工程學報，2016，34（7）：579-583.