管道試壓上水裝備的改造與應用

曾豪勇，暴軍英，尹中霞

中國石油天然氣管道第二工程有限公司，江蘇徐州 221000

管道試壓上水裝備的改造與應用

曾豪勇，暴軍英，尹中霞

中國石油天然氣管道第二工程有限公司，江蘇徐州 221000

電動機上水泵功率高、體積大，使用時需額外配備發電機供電，施工成本高，為此，提出了柴油發動機直接驅動離心泵的改造方案。通過對待報廢移動電站上的柴油發動機進行維修改造，并自制爬犁底座臺架和聯軸器，使其與多級泵直接連接，不僅精簡設備數量，而且盤活閑置資源，降本增效。改造后的上水泵結構緊湊合理，拖運方便，現場應用效果較好，施工成本降低，在今后中、小型管道試壓項目上具有廣闊的應用前景。

管道試壓；柴油機；水泵；改造；降本增效

1 方案設計

為減少研制成本，設計時直接選擇待報廢移動電

試壓是油氣管道施工中的一項重要工序。目前，管道試壓上水裝置多為電動機驅動式離心泵，該裝置配備功率高、排量大、上水速度快、運行平穩，被廣泛應用于大型工程及大口徑、長距離管道水壓試驗中。近年來，隨著油氣管道建設市場的變化，國內試壓項目多為小型工程，且地點分散，使用電動機驅動存在諸多不足，主要體現在以下幾個方面。

（1）電動機驅動需額外配備發電機供電，設備體積大，笨重，轉場搬遷難，運輸成本高。

（2）一般情況下，所配備的電動機功率較大，能源浪費嚴重。

（3）電驅上水裝備操作空間狹小，噪音大，不利于操作。

因此，改造現有管道試壓上水裝備，是當前生產施工的迫切需求，也是落實降本增效的重要舉措。站上的柴油發動機作為多級離心泵的動力端，改造成柴油機上水泵。通過對柴油發動機和多級泵的修復、改造、性能測試、計算，結合試壓上水速度和揚程要求，對發動機和多級泵進行匹配研究；同時根據現有發動機和多級泵的安裝尺寸和工作狀態，對電路、聯軸器、底座臺架等重新進行設計、加工和制作，研制出符合要求的柴油機上水設備。

2 改造內容

2.1 設備調研

據統計，現有待報廢移動電站所配置的發動機型號多為LR6105ZT，額定轉速為2 300 r/min，性能良好。閑置多級泵12臺，型號共有4種，技術參數如表1所示，均滿足施工需求，可用于上水泵改造研究。

2.2 水泵性能參數計算

圖1為D85-45型離心泵在轉速為2 950 r/min時的特性曲線。

表1 多級離心泵型號及參數

圖1 D85-45型離心泵特性曲線

根據離心泵特性曲線及水泵的比例定律，即可計算出改造后的上水泵性能參數，以指導現場施工。比例定律公式為：

式中：Q1、H1、P1分別是轉速n1時的流量、揚程、軸功率，Q2、H2、P2即為轉速n2時的流量、揚程、軸功率。

2.3 柴油發動機的修復與改造

待報廢移動電站因長時間閑置，銹蝕嚴重，所拆卸的柴油發動機均存在不同程度的線路老化、零部件損壞等現象；因此，對選定的柴油發動機分別制訂了檢修計劃和檢修項目，拆除不需要的零部件，并對損壞部件進行維修替換，對留用的部件進行檢修、清洗、性能測試、安裝。主要檢修項目及檢修內容見表2。

柴油發動機的改造重點是安裝形式和輸出軸連接方法。安裝形式影響人員的操作和設備尺寸。與移動電站上的操作方法不同，上水裝備上的柴油發動機的離合器、油門、剎車等操作均直接在發動機上完成。因此，在拆除不需要的連接機構的同時，設計加工新的檔桿、手柄，以方便操作。并調整水箱、排氣管位置，保證足夠的操作空間，防止人員操作時碰傷、燙傷。此外，為保證設備的可操作性，發動機安裝時要充分考慮人員站立操作高度，尤其是控制面板安裝高度。因此，需要合理設計底座支腿高度，在滿足操作需求的同時，避免設備過大過重難以運輸。

表2 主要檢修項目及檢修內容

移動電站上的柴油發動機輸出軸是通過萬向節傳動裝置與驅動橋主減速器輸入軸連接的，不能直接與水泵連接，因此，需重新設計泵和發動機軸端的傳動機構，以便采取最佳連接方式。

2.4 聯軸器設計與制造

經測量，發動機輸出軸軸徑準60mm，水泵輸入軸軸徑準35mm（D85-45X5系列），無標準聯軸器可供選配，需自行設計聯軸器并加工。根據負載和轉速等受力特性分析，選用彈性膜片聯軸器，該聯軸器適用于高溫、高速、有腐蝕介質工況環境的軸系傳動。

圖2為聯軸器設計圖，其中1、6兩個半聯軸器尺寸是根據發動機和水泵軸端尺寸確定的，材質為45#鋼。聯軸器依靠金屬膜片來聯接主、從動機傳遞扭矩，為保證足夠強度，膜片材料選擇1Cr18Ni9。聯軸器加工實物如圖3所示。因水泵型號各異，輸入軸尺寸也不相同，設計時根據各自實際尺寸調整加工參數。

圖3 聯軸器加工實物圖

2.5 底座臺架結構設計與制造

根據多級離心泵和柴油發動機的實際尺寸，應用三維軟件建立底座臺架模型（見圖4），估算出聯軸器最佳尺寸和臺架整體尺寸，以便下料。

底座臺架用180槽鋼和8#角鋼焊接制作，爬犁底座用準219mm鋼管，擋雨棚用薄鋼板制作。組裝時根據實際需要調整位置。

2.6 組裝調試

圖4 底座臺架設計

將加工的零部件和檢修清洗的零部件進行組裝，并對整機進行調試，確保整機性能滿足施工現場要求，組裝現場見圖5。

圖5 發動機組裝

3 現場應用及效果

經過改造，共完成柴油機試壓上水裝備5套，研制初期，試制一臺調往安徽巢湖定向鉆穿越工程進行現場試驗。該穿越工程管徑為準864mm，長度為1.015km，上水量約為547.6 m3。定向鉆穿越段管道回拖前后需各進行一次上水試壓，均采用自制設備完成上水作業。

該上水設備所配離心泵為D85-45X5型。一般情況下，柴油發動機最佳工作轉速在1 500 r/min左右，可根據比例定律公式計算出該上水設備的流量為43.97 m3/h，揚程為60.2 m，該性能指標滿足定向鉆穿越施工要求。經現場實測，完成該試壓段上水作業耗時約12.8 h，上水速度約為42.8 m3/h，與理論計算相符。

表3為購置的電動機上水設備、自制的柴油機上水設備性能參數、完成相同工程量所耗費用的對比。其中，燃油費僅為設備油耗，不含吊裝設備油耗。對于電動機上水設備，需吊裝兩次，而柴油機上水設備僅需一次。而在泥濘沼澤等車輛無法直接進入的施工地帶，需挖掘機等機械設備吊裝進場，柴油機上水設備的優勢則更為明顯，其底部的爬犁支架，可由挖掘機直接一次拖拽進場，可節省大量的轉場費用。

表3 自制設備與購置設備性能參數及費用對比

通過對比和現場驗證，該柴油機試壓上水設備不僅滿足施工現場要求，而且操作簡單，有效地降低了施工成本，提高了施工效率。現已調往其他項目使用，其余4臺也將陸續投入現場應用。

4 結論

（2）該裝置結構合理，人員操作便利，爬犁底座適用于各種復雜地形施工，拖拉方便。

（3）完成相同工程量所耗油料少于電動機驅動式上水泵，減少施工成本。

（4）設備結構緊湊，易于運輸，轉場搬遷成本明顯降低。

[1]GB 50369-2014，油氣長輸管道工程施工及驗收規范[S].

[2]陳向陽.柴油機作為水泵動力機時應注意的問題 [J].地下水，2005，27（2）：140-142.

[3]連紅軍，司馬學峰，朱清山.東方紅-LR6105型發動機主要技術性能與維修參數[J].現代化農業，1995，17（8）：28-29.

[4]周廣和，張英奎，劉宗亞，等.淺議企業戰略轉型實現降本增效管理對策[J].交通企業管理，2013，28（8）：22-24.

上水裝置的改造充分利用閑置設備和待報廢資產，不僅盤活廢舊資源，而且大大降低研發費用，經濟效益高，符合當前節支降耗的經營理念。經過現場應用，該柴油機上水裝備具備如下優點：

（1）上水流量、揚程等指標均符合中小型管道試壓工程要求，實用性強。

Reformation and application of water supply equipment for pipeline hydraulic pressure test

ZENG Haoyong，BAO Junying，YIN Zhongxia
China Petroleum and Gas Pipeline Second Engineering Company，Xuzhou 221000，China

The power of motor pump is high and its volume is big.It needs additionalpower supply from an electric generator when it is used，which leads to high construction cost.Therefore，the reformation scheme using a diesel engine to drive centrifugalpump directly is put forward.Through the maintenance and reconstruction of the dieselengine at a mobile station to be scrapped，and using the self-made sledge base platform and coupling，the multi-stage pump is connected directly with the diesel engine.It reduces the number of devices，reinvigorates the idle resources，reduces the cost and improves efficiency.After the reformtion，the diesel pump has the advantages of compact and reasonable structure，convenient transportation，good application effect on spot and low construction cost.It has broad application prospect in the future hydraulic pressure tests of small-medium scale pipelines.

hydraulic pressure test of pipeline；dieselengine；pump；reformation；reduce cost and increase benefit

曾豪勇（1990-），男，湖北荊州人，2015年畢業于長江大學機械工程專業，現從事機組技術管理工作。

2017-03-15

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.04.017

Email：zochy@126.com