氣動隔膜泵在天然氣場站的應用探討

姚 政，田 建，謝文科，徐 昕，宋亞足，張衍梅

（中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林 719000）

機泵是油氣田場站生產過程中必不可少的設備，而天然氣場站采出水中富含甲醇和凝析油，目前主要依靠傳統電動機泵進行輸送轉存，發生泄漏存在安全隱患和環境污染。

通過分析研究氣動隔膜泵的運行原理，榆林處理廠在對低壓放空系統改造的過程中選型試用氣動隔膜泵，分析評價發現排液效果良好，安全可靠，并進一步對氣動隔膜泵在油氣田場站適用性條件做了探討總結。

1 榆林處理廠低壓放空排污改造

榆林天然氣處理廠閃蒸分液罐改造之前主要依靠設備壓差手動排液，采出水經溢流井自流到卸車池。閃蒸分液罐閃蒸分離出的采出水中混合有大量泥垢和固體顆粒，經常造成排污管線堵塞以及溢流井油泥沉積，需要定期對排污井和管線挖開沖洗，極大的增加了崗位勞動負荷，而且揮發性的易燃易爆介質污染環境的同時遇到明火容易發生火災爆炸，具有較大的安全隱患。

為了滿足安全環保的生產要求，針對性地進行了低壓放空系統改造（見圖1），重新鋪設排污旁通管線，增裝一臺氣動隔膜泵，實現了采出水的密閉排放。

圖1 榆林處理廠閃蒸分液罐排污流程改造

2 氣動隔膜泵選型與應用

2.1 氣動隔膜泵結構和原理

氣動隔膜泵以壓縮空氣為動力源，將壓縮空氣的能量轉化為往復運動的動能，達到運輸各種介質的目的[1，2]。主要由泵體外殼、介質進出口配管、供風系統、隔膜和配氣機構共同組成（見圖2）。泵的外殼是流體介質進出和壓縮空氣能量轉化為介質動能的空間。內部構件由隔膜、球閥和連桿組成，是泵內部的運動部分，承擔著對介質做工的職責。配氣系統是由配氣室、配氣閥和消聲器組成。它是隔膜泵將壓縮空氣能轉化為動能的關鍵部件。

圖2 氣動隔膜泵結構示意圖

其工作原理是：當閥芯移動到閥體一側時，隔離室壓力交換。氣流分配閥閥芯由內部引導閥推動，該閥門對氣流引導閥空氣。活塞在隔膜沖程結束時接觸隔膜板，此時引導閥執行轉換動作。然后活塞把引導閥的閥芯推到一個位置上以促動氣流分配閥。

2.2 氣動隔膜泵選型

泵殼的材質主要包括不銹鋼、塑料、鋁合金等。隔膜的材質主要包括丁腈橡膠、氯丁橡膠、聚四氟乙烯等。球閥的材質主要包括不銹鋼、聚四氟乙烯、丁腈橡膠等。在選泵時，需要根據輸送介質的物性選擇不同材質的隔膜泵。

榆林天然氣處理廠閃蒸分液罐的尺寸為Φ2 000×6 000，工作壓力1 MPa。主要用于低壓放空天然氣氣液分離、采出水低壓閃蒸處理等。排放介質主要為含凝析油、甲醇、污泥和固體顆粒的氣田采出水，因此泵殼的材質選擇為不銹鋼型。由于介質較臟，腐蝕性較強，且密度較大，因此對隔膜和球閥的耐腐蝕和密封性要求較高。綜合考慮，選擇聚四氟乙烯材質的隔膜和不銹鋼材質的球閥。其次根據排量大小、對出口壓力要求和供風能力來選擇隔膜泵的型號。榆林天然氣處理廠閃蒸分液罐間歇性排液，且每次排量10 m3左右。綜合考慮和比較之后，最終選擇QBK-50型氣動隔膜泵（見表1）。

表1 QBK-50型氣動隔膜泵參數表

2.3 效果分析

2.3.1 運行維護強度對比分析 本著降低榆林天然氣處理廠凈化工的日常操作維護勞動強度，并且提升采出水系統的安全性進行此次改造。那么改造前后勞動強度對比分析是關鍵之處。通過對比就可以明確知道此次改造是否真正起到了降低凈化工操作勞動強度的意義。

電動機泵：

起停泵：（1）需檢查泵體油位；（2）需盤車；（3）需灌泵排氣；（4）需操作泵的入口閥門，出口閥門和旁路閥門。

定期保養：（1）注潤滑機油 1 次/半年；（2）定期檢查軸套的磨損情況1次/月；（3）定期檢查密封情況1次/月；（4）定期監測定子絕緣情況1次/半年。

氣動隔膜泵：

啟停泵：只需要操作泵的進出口閥和氣源閥即可。

定期保養：定期清洗膜片和球閥即可1次/半年。

通過對比分析，可以清晰的認識到，氣動隔膜泵在使用過程的維護強度遠低于常規電動機泵。所以，氣動隔膜泵的應用確實降低了凈化工的操作勞動強度。

2.3.2 安全環保方面 對比分析改造前后榆林天然氣處理廠采出水系統的安全性可知，氣動隔膜泵的應用確實提高了采出水系統的安全性。降低了閃蒸分液罐排液的風險度。主要表現在以下幾方面：

（1）閃蒸分液罐實現密閉排液，整個排液系統無油氣揮發；

（2）以壓縮空氣為動力源，百分之百的能量利用，節能降耗，而且環保，當關閉出口，泵自動停機；

（3）沒有動密封，無油式氣壓室，無需潤滑，所以維修過程可以避免因泄漏導致的環境污染問題；

（4）可以空轉運行，且不會有危險，低壓、慢速運轉，絕不卡機。

2.3.3 經濟效益方面 榆林天然氣處理廠采出水系統在用的常規電動機泵每臺造價為2～3萬元，每年用于機泵維護維修的費用約為3 300元/臺。但是，經過此次對采出水系統優化改造使用的是QBK-50型氣動隔膜泵，該泵的造價為8 000元/臺，每年維護費用主要用在更換膜片，需要2 000元。因此，在同樣滿足生產條件下，氣動隔膜泵的經濟性遠大于電動機泵。

3 氣動隔膜泵適用性條件分析

3.1 氣源充足，風壓可調

不同于電動機泵以電力驅動，氣動隔膜泵需要場站有配套的穩定氣源，考慮到生產現場易燃易爆介質的因素，嚴禁使用壓縮空氣代替氮氣。上游來氣壓力要滿足設計揚程，可以通過調整空壓機排氣壓力和減壓閥開度實現。

3.2 密封性好，可用于易燃易爆場所

氣動隔膜泵不會產生火花，且靜電接地后又防止了靜電火花。也沒有動密封，無需潤滑油，避免了介質泄漏或潤滑油泄漏對環境污染。

3.3 設備間歇性排液，污水固體含量高

場站天然氣一般要經過氣液分離，采出水不斷匯集在集液包，油泥沉積堵塞排污管線和液位計，正常壓差排液困難，可以借助氣動隔膜泵快速抽吸排液，防止積液和有毒氣體揮發。實際應用中發現，長時間連續工作氮氣消耗過大。

3.4 保溫措施到位，防止結冰凍裂

氣動隔膜泵的腔室不可避免會有積液，在低溫條件下使用容易凍裂膜片，必須做好防腐保溫措施，比如包裹保溫層或室內使用。

4 總結

從氣動隔膜泵在榆林處理廠閃蒸分液罐應用效果來看，其使用需要滿足一定的條件才能充分體現在安全環保和操作維護方面的優勢，如果能配合電磁閥控制氣源開關則可以實現遠程啟停，非常適合油氣田場站氣液分離設備間歇性排污生產環境，在壓縮空氣充足的易燃易爆場所可以考慮推廣使用。