原油外輸泵電機(jī)擴(kuò)容改造應(yīng)用

劉漢文++楊徐

摘 要：隨著投入生產(chǎn)的井量逐年增加，某海上平臺(tái)外輸泵和電機(jī)存在不匹配的問(wèn)題，泵出口開度很小才能滿足電機(jī)電流在額定工況下運(yùn)行，但隨之產(chǎn)生的泵出口壓力偏高又導(dǎo)致泵的密封頻繁出現(xiàn)泄漏。通過(guò)更換電機(jī)，擴(kuò)大外輸泵容量的技術(shù)手段，解決了平臺(tái)外輸泵和電機(jī)不匹配問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了外輸泵在設(shè)計(jì)參數(shù)下穩(wěn)定運(yùn)行，取得了可觀的綜合效益。

關(guān)鍵詞：外輸泵 電機(jī)容量 泵揚(yáng)程 額定工況

中圖分類號(hào)：TE974 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（a）-0093-02

某海上平臺(tái)使用3臺(tái)大連蘇爾壽泵及壓縮機(jī)有限公司生產(chǎn)的GSS臥式多級(jí)筒形泵對(duì)生產(chǎn)分離器油出口的原油進(jìn)行增壓，以達(dá)到將原油順利送達(dá)海洋石油116的生產(chǎn)目的。但原油外輸泵存在先天不足，使得其不能達(dá)到最佳的工作狀態(tài)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）電機(jī)和泵在設(shè)計(jì)參數(shù)上的不匹配，造成泵的出口壓力長(zhǎng)期處于高于設(shè)計(jì)壓力狀態(tài)。

（2）泵出口長(zhǎng)期憋壓，造成機(jī)械密封頻繁內(nèi)漏。因?yàn)楸玫某隹跓o(wú)法全開，造成泵出口閥磨損頻繁且內(nèi)漏，泵出口閥門調(diào)節(jié)很困難，同時(shí)因憋壓導(dǎo)致泵出口壓力高，超出設(shè)計(jì)壓力，造成機(jī)械密封頻繁泄漏，增加了現(xiàn)場(chǎng)的維修費(fèi)用和維修工作量。

（3）受生產(chǎn)情況及工況影響，為完成外輸工作，需要同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)兩臺(tái)外輸泵，相當(dāng)于兩用一備，備用資源不足。

1 改造方案-電機(jī)擴(kuò)容

針對(duì)上述問(wèn)題，其根本原因就是平臺(tái)的外輸泵泵體和電機(jī)在設(shè)計(jì)參數(shù)上不匹配，長(zhǎng)期處于“小馬拉大車”的工作狀態(tài)，產(chǎn)生了上述的各種影響。

經(jīng)過(guò)分析討論，并針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備條件進(jìn)行綜合考慮及專家論證，最終確立了最為經(jīng)濟(jì)可行的更換大容量電機(jī)的解決方案。

1.1 舊電機(jī)使用時(shí)參數(shù)計(jì)算分析

1.1.1 現(xiàn)場(chǎng)工況

啟動(dòng)兩臺(tái)原油外輸泵，流量2800m3/d，泵出口壓力44bar，泵入口壓力1bar，電機(jī)電流260A，介質(zhì)溫度58℃，密度880kg/m3（此處壓力值是表壓）。

外輸泵的出廠設(shè)計(jì)工況如表1。

1.1.2 設(shè)備目前情況

原油外輸泵兩用一備，當(dāng)調(diào)節(jié)泵出口壓力為44bar時(shí)，電機(jī)電流260A，功率因數(shù)按cosφ=0.8計(jì)算，電機(jī)現(xiàn)輸出功率Ne=137kW。

原油外輸泵現(xiàn)電機(jī)功率Ne=160kW。因此在此工況下電機(jī)是可以運(yùn)行的。

原油外輸泵可以連續(xù)運(yùn)行，但因泵出口壓力超過(guò)設(shè)計(jì)10bar，導(dǎo)致泵維修周期較短，平均每月更換一次機(jī)封，每次維修費(fèi)用按照3萬(wàn)元人民幣計(jì)，一年的維修費(fèi)用約36萬(wàn)元，維修成本較高。

泵的入口壓力為1bar，從設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表中查汽化壓力值50kPa。廠家提供最小氣蝕余量1.3m。因此可以初步認(rèn)為介質(zhì)沒(méi)有發(fā)生氣化，不存在氣蝕的問(wèn)題。

1.1.3 工作功率計(jì)算及需用功率推算

單臺(tái)泵流量：Q=2800/24/2=58.33m3/h。

泵的揚(yáng)程：

H==

=504.76m

泵的有用功：

P有===70.53kW

式中，為介質(zhì)密度；

Q為單臺(tái)泵出口排量；

g為重力加速度；

H為單臺(tái)泵揚(yáng)程。

泵的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際功率：

P電= [1]

泵的效率：

式中，為泵效率；

P實(shí)為泵的實(shí)際功率；

P電為電機(jī)輸出功率。

按泵的流量Q=60m3/h時(shí)η=60%；

兩個(gè)效率差為：。

如果把整個(gè)曲線向下移8.5%，估算泵在流量100m3/h時(shí)泵的效率：。

估算泵的軸功率（100m3/h）：

P有==。

P估=kW

目前電機(jī)可用功率：

P=160kW，按電機(jī)效率η=90%計(jì)，傳動(dòng)效率η=100%推算，可用功率：144kW。

電機(jī)計(jì)算功率：

泵的安全系數(shù)K=1.1，推算出100m3/h時(shí)，需要的電機(jī)功率P=[1]。

可以看出現(xiàn)有電機(jī)是無(wú)法滿足泵的功率需求的。從工藝流程上看，泵的設(shè)計(jì)出口壓力應(yīng)保持在34bar，流量100m3/h，但實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)可能因電機(jī)功率不夠，現(xiàn)場(chǎng)利用減小泵的出口開度，以此調(diào)高泵的出口壓力來(lái)減小流量，達(dá)到降低電機(jī)電流目的。

目前泵的出口壓力為44bar，計(jì)算平均流量為58.33m3/h。泵長(zhǎng)期運(yùn)行在超出設(shè)計(jì)工況，對(duì)泵的使用很不利。因此本次改造為了使泵運(yùn)行可以回到設(shè)計(jì)工況。

1.2 換型電機(jī)參數(shù)計(jì)算分析

（1）當(dāng)泵流量提高到120m3/h時(shí)，泵的進(jìn)出口壓力差33bar時(shí)，計(jì)算泵的功率：

P有==

P估=

電機(jī)功率：

Ne=

（2）當(dāng)泵流量為100m3/h時(shí)，泵的進(jìn)出口壓力差33bar時(shí)：

P有==

P估=

電機(jī)功率：

Ne=

故本次選用額定功率P=250kW的電機(jī)，轉(zhuǎn)速r=1475rpm。

2 改造帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益

完成了改造工作并投入使用后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行測(cè)試，改造后的外輸泵能夠達(dá)到設(shè)計(jì)工況，滿足使用要求。此次電機(jī)換型擴(kuò)容改造為油田帶來(lái)了如下綜合收益。

（1）不僅有效地解決了平臺(tái)外輸泵出口長(zhǎng)期過(guò)壓運(yùn)行的問(wèn)題，還規(guī)避了外輸泵機(jī)封泄漏發(fā)生火災(zāi)事故的風(fēng)險(xiǎn)，為油田群帶來(lái)了巨大的安全效益。

（2）有效降低了外輸泵的出口壓力，大大延長(zhǎng)了外輸泵維修周期，維修周期由原來(lái)的1次/月減少到目前的每6個(gè)月1次，每年可節(jié)省維修費(fèi)用30萬(wàn)元。

（3）外輸泵出口可以長(zhǎng)期保持在全開狀態(tài)下運(yùn)行，日排液量也由之前的2800m3/d提升到了3100m3/d，一年可增加排液量10.8萬(wàn)m3，而且此時(shí)外輸泵出口壓力維持在27～30bar之間，最大僅為30bar，符合了最初的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；電機(jī)運(yùn)行功率最大為237kW，均未達(dá)到其額定值，外輸能力還有提升空間。

（4）改造后由之前的兩用一備變成兩備一用，有效地降低了平臺(tái)由于外輸泵故障造成停產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，也為外輸泵的維修爭(zhēng)取了更為充裕的時(shí)間，預(yù)計(jì)每年可挽回產(chǎn)量損失1500方。

（5）改造后外輸泵的實(shí)際功率由之前兩臺(tái)泵300kW降低到單臺(tái)220kW，每天可節(jié)約電能1920kW·h，每度電按工業(yè)用電1.1元人民幣計(jì)，每年可節(jié)約電能72萬(wàn)元。

3 結(jié)語(yǔ)

該平臺(tái)通過(guò)原油外輸泵電機(jī)擴(kuò)容改造，既達(dá)到了節(jié)能增產(chǎn)的目的，又消除了電機(jī)和泵體長(zhǎng)期不匹配運(yùn)行的安全隱患，給油田的生產(chǎn)帶了顯著的綜合效益，為其他油田裝置的外輸泵改造提供了參考思路。

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