外輸泵減級降壓改造

王冬港

（中海石油（中國）有限公司天津分公司工程技術作業中心，天津 300451）

1 原油外輸系統概述

某海上平臺的原油經二級分離初步處理后，通過外輸泵進行增壓，并由出口調節閥（LV-1071）節流調節后進入海底管道，最終輸送到中心平臺，其中泵出口部分原油經回流調節閥（LV-1072）回流至生產分離器，如此通過雙調節閥，實現外輸量與回流量的動態調控，既確保了生產分離器液位穩定，又確保了外輸原油的穩定，起到了持續平穩外輸的作用，其簡易流程圖如圖1所示。

圖1 原油外輸系統簡易流程圖

2 故障現象及其內在原因分析

通過現場運維發現，在流程實際投用過程中，外輸泵故障多發，且用于控制外輸的出口調節閥LV-1071和回流調節閥LV-1072多次出現調節困難的現象，嚴重影響了生產流程的穩定運行，對原油安全持續外輸造成了較大隱患，具體問題如下。

2.1 外輸泵故障多發

原油外輸泵由美國NATIONAL-OIL WELL（國民油井）公司生產，生產日期為1999年，已使用多年，其泵型為分段式多級離心泵，葉輪級數為8級，適用于輸送原油、水等流體介質。現場使用時，在滿足外輸量需求及流程24 h穩定的情況下，采取兩用一備的模式運轉，實際排量52 m3/h。其主要設計參數信息如表1所示。

表1 外輸泵主要設計參數

外輸泵截面圖如圖2所示。

圖2 外輸泵截面圖

泵故障主要為：機體持續發熱升溫，尤其是在夏季環境溫度較高、散熱不暢的情況下，經常性引發溫度探頭報警，導致外輸泵頻繁自動保護停泵（高溫關斷值：200℉，約93℃）；泵驅動端及非驅動端振動值加大，振動速度值達8 mm/s；泵兩端密封泄漏加劇。

結合故障現象，維修人員對整泵進行了仔細剖分與拆檢，經目測發現，驅動端軸承磨損嚴重，出現多點位疲勞剝落（點蝕），軸承間隙增大，使用周期明顯縮短，拆卸后手動檢驗存在卡滯現象；泵驅動端機械密封動靜環接合面磨損加劇；泵非驅動端滑動軸承（石墨套）出現軸向貫穿裂紋；泵軸向竄量增加[1]。

2.2 調節閥內漏嚴重

LV-1071調節閥、LV-1072調節閥屬進口采辦閥門，在故障更換后不久即出現關閉不嚴的現象，導致無法有效控制外輸量和生產分離器液位。在此情況下，為保證外輸量的有效控制，只能臨時使用外輸泵出口通徑球閥手動調節流量，導致此球閥長期處于非全啟閉狀態，球型閥芯及密封件沖蝕損壞內漏，進而引發調節失效，極大地影響了平臺正常生產。

（1）LV-1071閥門信息如下：

閥門通徑：150 mm；壓力等級：ANSI600LB；閥體材質：ASTM A216 WCB；內件類型：MULTI-FLOW；內件材質：3168SR.6STELL/17-4PH；密封：PTFECHEVRON。

（2）LV-1072閥門信息如下：

類型：TECAVⅢ；閥門通徑：3英寸；連接尺寸：2 7/8；壓力等級：CL300/750 PSI CWP；閥芯材質：SST/HF；閥桿材質：SST；閥體材質：STL；閥座材質：CO ALLOY。

3 應對措施

從圖3可以看出，外輸泵H—Q性能曲線為平坦曲線，特點是當流量Q變化增加時，揚程H變化幅度較小，適用于生產中流量變化較大，而管路中壓力降變化不大的場合。目前，平臺外輸至海底管線的需求壓力為2.1 MPa左右，而外輸泵排出壓力高達4.7 MPa，壓差高達2.6 MPa，導致泵長時間做大量無用功，設備內部組件磨損嚴重，故障率升高，不僅增加了額外的突發檢維修工作量，而且增加了電力能耗。

圖3 外輸泵特性曲線

同理，外輸系統中的調節閥LV-1071與LV-1072前后壓差均超過了2 MPa，持續的高壓差節流過程對調節閥閥芯累計沖蝕嚴重，加之原油流體本身溫度較高，更加劇了沖蝕磨損速率，此種工況極大地縮短了兩個調節閥的實際使用壽命。

在充分了解現場工況的基礎上，經深層次原因研判與分析，結合流程無法變動改造的特點及改造簡單化的需求，將著力點放在降低外輸泵排出壓力上，同時考慮此泵為多級離心泵，故提出了對外輸泵進行降壓改造的最終方案，以實現降低壓力、排量不變的目標[2]。

常見的降壓改造方式有兩種：一種是切削葉輪，此方法需改造葉輪，縮小葉輪的直徑及出口寬度，能在一定程度上降低出口壓力，同時兼顧一定的節能效果；另一種是葉輪減級，即拆去一級或多級葉輪，以減少多級葉輪增壓，降低排出壓力。兩者相比較而言，后者操作更為方便，減壓效果更為明顯，且因不涉及葉輪改造，在排出壓力需求提高后，可及時恢復。

4 具體實施

經過詳細的技術確認及改造前后效果的可行性分析，組織專業隊伍落實方案并先后對3臺外輸泵進行了降級改造作業，在考慮確保良好動平衡及受力的情況下，保存1、2、4、6、8級葉輪，間隔拆除原有第3、5、7級葉輪，并加工匹配尺寸的軸套進行替代，實現將原有的8級葉輪縮減至5級的目的，改造后泵排出壓力穩定保持在2.4 MPa以上。改造后性能試驗數據及曲線如表2所示。

表2 外輸泵改造后性能試驗數據及曲線

由試驗數據及曲線圖可見，減級后的泵在實際排量52 m3/h、額定排量81.75 m3/h的情況下，仍可滿足出口壓力維持在2.4 MPa、揚程維持在250 m以上的要求，且泵效曲線符合標準《回轉動力泵水力性能驗收試驗1級、2級和3級》（GB/T 3216—2016）。另從后期振動監測數據趨勢圖可以看出，減級改造并未對泵體振動值產生較大影響，還維持在正常范圍內（0～6.36 mm/s），故改造成功。

5 改造的實際意義及經濟效益

（1）降低調節閥故障率，減少采辦費用。

本次項目投入共計8.95萬元，此次改造后，外輸調節閥LV-1071和回流調節閥LV-1072的進出口壓降較改造前均降低了接近2 MPa，極大地減少了高壓差對閥芯的沖蝕，改造后持續監控運轉200天無故障，僅兩閥一次性采辦費用便可節約20余萬元。

（2）降低泵檢修頻率，減少備件費及維修費。

通過改造，泵出口壓力由原來的4.7 MPa降低到2.4 MPa，泵本身各易損部件（如機械密封、軸承、軸套、葉輪等）的正常使用周期延長，降低了備件更換所產生的費用與檢修期間無備用泵的風險。根據記錄顯示，在一年使用時間內，外輸泵故障率降低了約35%，按照備件常規采辦價格，每年節約備件費、人工費計約6萬元。

（3）降低生產風險。

改造前，泵及流程控制閥泄漏加劇，自動控制系統無法正常使用，造成自動控制失靈，改為手動控制后增加了現場操作人員日常工作量，控制不好便會嚴重影響生產的正常進行。改造后，此類風險降低，對現場生產具有非常重要的意義。

（4）節能減排降耗。

從實際運轉效果看，改造前單臺泵額定功率165 kW，額定電壓3.3 kV，額定電流29 A（計算值）；全部改造后，單臺泵運行電流降至17 A，實際消耗功率降至97 kW。以外輸泵兩用一備的模式計算，年累計可節約電能約120萬kW·h，折合標準煤約147 t，目前平臺為雙燃料主機供電，此次改造在緩解平臺電力緊張的同時，減少了發動機的燃氣燃油消耗，降低了發動機運轉產生的燃燒排放物造成的污染，從節能和減排兩個方面響應了公司及國家的號召[3]。

6 結語

對海上平臺而言，持續采出并外輸原油是生產的關鍵所在，所以外輸系統的穩定運行至關重要。本次改造從外輸泵故障頻發、調節閥內漏的表層故障現象入手，以全局觀和系統思維應對考量，以減級降壓改造為手段方法，以“小切口”解決大問題，實現了小改造、少費用、見效快的良好實踐，同時一舉多得，達到了降低故障率、節能降耗、減少維修工作量的良好成效，夯實了海上平臺穩定增儲上產的基礎，為同類型故障排查與解決提供了第一手現場資料。