污水結垢對離心泵的影響

張廣濱 李穎 李玉祥 王中喜 邢河寧

摘要：陳南聯合站于2009年投產，每天外輸污水量5500m3/d，由多級式離心泵進行污水升壓外輸，在使用過程中多次發生機械密封漏水和平衡盤磨損過大，除了一部分是崗位人員不當的操作導致原因外，最大的原因是所外輸的污水質導致的故障。

關鍵詞：離心泵；結垢；平衡盤磨損

概況

陳南聯合站于2009年投產，設計原油處理規模60×104t/a。目前進站液量為9000m3/d，其中污水量7400 m3/d，污水處理部分由1座2000m3污水沉降罐和1座1000m3污水外輸緩沖罐組成，未建設污水處系統，分水器分水及一級沉降罐出水先進入1座2000m3污水沉降罐，再進入1座1000m3污水外輸緩沖罐。其中2000m3/d用于井口回摻用水，剩余5500m3/d經污水提升泵外輸至42#站進行回注。

陳南聯合站現有的污水沉降罐和外輸緩沖罐不能夠滿足《油田采出水處理設計規范》GB50428-2007的要求，水中鈣、鎂、鍶離子含量含量非常高，還有部分浮油和油泥砂也被帶入到污水系統里，對陳南站的污水提升泵造成了一定的影響。

陳南站污水提升泵初期是由3臺HWDY85-45×4多級離心泵組成，排量85m3/h，揚程160m。在使用過程中，大約半年左右的時間就會發生機械密封損壞漏水，在使用一年左右就會發現泵軸向竄動量超標。剛開始我們認為是建站初期設計部門對陳南區塊的產量估計不足導致泵型選擇時排量偏小，導致污水泵長期處于超負荷的狀態下以至于故障頻發。2013年上級為我站更換了兩臺ADL500-640B多級離心泵，該泵排量300m3/h，揚程150m在使用了一段時間后又發生了機械密封漏水和泵軸向竄動量超標，這時就不存在污水泵超負荷的原因了，肯定是其他原因了。在對此泵的拆解維修過程中發現機械密封和軸套上面有厚厚的一層垢和油泥沙組成的污垢，這時發現平衡管里也堵滿了泥垢，更為嚴重的是平衡盤和平衡板磨損嚴重需要更換。從以上可以看出是污水水質導致的污水泵的故障。

借用勝利設計院三采中心于2013年7月20日和8月27日分兩次對陳南聯合站6#罐的進出水進行水質檢測，數據具體見表1。

由表1可見：陳南聯合站6#罐出水礦化度為17177.98 mg/L，pH值為7.3，水體堿性。其成垢陽離子中，鈣、鎂、鍶、鋇離子含量分別為384.3 mg/L、139.3 mg/L、14.7 mg/L、0.0mg/L；成垢陰離子中，碳酸氫根含量為413.0mg/L，硫酸根含量231.7 mg/L；氯離子含量為9931.3 mg/L。外輸水呈較高礦化度，污水腐蝕性高，具有一定的結垢趨勢。碳酸鹽垢是油田生產中最為常見沉積物，陳南站是稠油處理站，稠油脫水需要加熱到90℃左右才能保證原油外輸含水降低到1.7%以下。由于溫度升高，壓力降低，CO2釋放使成為CaCO3解度下降并析出沉淀。陳南污水中含有鈣離子含量為384.3 mg/L，如果這些鹽類在加熱后全部分解成為CaCO3，CaCO3的溶解度僅為為6.9×10-5mol/L，理論上每噸水中可產生1.1Kg的CaCO3結垢。還有CaSO4在38℃以下時，生成物主要是石膏，CaSO4。2H2O超過這個溫度就會生產硬石膏CaSO4，有時還伴有半水硫酸鈣CaSO4。1H2O。再由于陳南污水中的鍶離子也比較高，所以生成的鋇垢（重晶石）也較為常見。

我們知道多級離心泵的工作原理是：末級葉輪出來的帶有壓力的液體，經平衡板與平衡盤間的徑向間隙流入平衡盤背面的水室中，使水室處于高壓狀態，這時平衡盤背面和泵進口的兩側壓力不相等，因而也就產生了指向葉輪進口方向的軸向推力。平衡盤背面的水室有平衡管與泵的入口相連，其壓力近似為泵的入口壓力。這樣平衡盤內外兩側壓力不相等，就產生了向后的軸向平衡力。軸向平衡力的大小隨軸向位移的變化、調整平衡盤與平衡板間的軸向間隙（即改變平衡盤與平衡板間水室壓力）而變化，從而達到平衡的目的。平衡管內的污水流速較慢，分解產生CaCO3、CaSO4等泥垢，容易把平衡管堵塞，這個動態的平衡力被打破，只剩下指向進口的軸向力，平衡盤和平衡板也很快被磨損掉，而且帶來的問題不止于此，它將導致葉輪進口與口環、葉輪與導葉、進口處的機械密封也發生摩擦、磨損導致損壞。從以上分析可以看出是污水水質導致的污水泵的故障頻發。

改進方案

我們一方面向上級申請向污水中投加阻垢劑來改善水質，另一方面從操作層面上解決問題：1、經常測量平衡管的溫度，平衡管的溫度與出口管線溫度一致，就認為平衡管是暢通的。如果溫度下降或溫度接近室溫，即可判斷平衡管已經結垢或已經發生堵塞，需要立即停泵進行清理。2、定期對機械密封和軸套拆解清理上面的泥垢，保證動環能在軸套自由的浮動。