永磁聯軸器在油田污水外調泵中的應用

常鳴鶴（大慶石油管理局有限公司技術監督中心）

目前勝利油田孤東采油廠共有污水處理站5座和1個污水沉降處理氧化塘，設計污水處理能力148 700 m3/d，實際處理污水142 300 m3/d，污水外輸管線1.15 km，污水外調線33 km，各類污水外調泵10臺。勝利油田孤東采油廠提出向質量要效益，圍繞“實現更有質量、更有效益、更可持續發展”的工作目標[1]，實施低效污水外調泵（離心泵）節能技術改造項目，從而達到節能降耗的目[2-3]。

1 永磁聯軸器的工作原理

永磁聯軸器是為滿足高精度密封技術的需要，于70年代后期發展起來的一種新型聯軸器。它所聯接的主動、從動兩軸截然分開，通過永磁體的磁力實現兩傳動軸之間的無接觸聯接，這對于機械式聯軸器是無法實現的。同時永磁聯軸器屬于撓性聯軸器，具有良好的徑向軸向角向位移的補償能力[4]。

永磁聯軸器是通過永磁體的磁力將原動機與工作機聯接起來的一種新型聯軸器，它無需直接的機械聯接，而是利用稀土永磁體之間的相互作用，利用磁場可穿透一定的空間距離和物質材料的特性，進行機械能量的傳送[5]。磁力聯軸器的出現，徹底解決了某些機械裝置中傳動密封存在的泄漏問題。這種產品廣泛應用于石油化工、電鍍、造紙、制藥、食品、真空等行業的密封傳動機械上。

第三代稀土永磁釹鐵硼是當代磁體中性能最強的永磁體，它不僅具有高剩磁，高矯頑力、高磁能積、高性能價格比等特性，而且容易加工成各種尺寸，現已廣泛應用于航空、航天、電子、電聲、機電、儀器、儀表、天線等，醫療技術及其它需用永磁場的裝置的設備中，特別適用于研制高性能、小型化、輕型化的各種換代產品。工作溫度80～240℃。

釹鐵硼是金屬釹、鐵、硼和其他微量金屬元素構成的合金磁體，是目前磁性最強的稀土永磁，有著高的磁能積和良好的矯頑力。制造工藝成熟，有嚴格的質量保證、完善的技術服務以及十分優良的性能價格比。

2 永磁聯軸器的特點

1）具有良好的密封性能。實現絕對密封該聯軸器的從動部分位于機體內部，軸無需伸出機殼，取消了各式軸封裝置，變動密封為靜密封。

2）具有良好的緩沖吸振能力，無機械聯接，減振效果好。補償系統的位移變化，改善軸系的動力性能。

3）設備可靠性好，使用壽命長。在額定扭矩內同步旋轉，無磨擦部件，無須修理，工作使用壽命長，設計壽命達30年。

4）具有良好的隔離冷、熱傳導功能。隔離系統與原動機之間的冷、熱傳導。

5）具有良好的過載保護功能。當扭矩過載時，兩半聯軸器（主、從動軸）產生滑脫，實現過載保護，提高了整個電動機驅動系統的可靠性，也可作為離合器使用。

6）具有良好的節電效果。安裝永磁聯軸器的離心泵與未安裝永磁聯軸器的離心泵相比，系統運行效率高出5%～10%，具有良好的節能效果。

7）具備緩沖軟啟動功能，避免起動時的機械沖擊，延長設備使用壽命。

3 現場應用情況

孤東油田一號聯合站共有3臺污水外調泵（離心泵），日外調污水量達到20 000 m3以上。2018年1月對該站1#泵和2#泵實施節能技術改造，1#泵和2#泵電動機型號均為YBX3-280S-2，2臺電動機額定功率均為75 kW。表1為2臺污水外調泵應用口油井永磁聯軸器技術措施前后效果統計對比表。

從表1中可以看出，采用永磁聯軸器對2臺污水外調泵實施技術改造后，1#泵有功功率下降了14.14 kW，無功功率下降了1.11 kVar，功率因數提高了0.041，機組效率上升了7.32%，日耗電量下降了341 kW時，機組單耗下降了0.02 kWh/m3，按相近工況下單耗變化值計算節電率達到11.76%；2#泵有功功率下降了13.69 kW，無功功率下降了6.6 kVar，功率因數提高了0.009，機組效率上升了3.44%，日耗電量下降了329kW時，機組單耗下降了0.02kWh/m3，按相近工況下單耗變化值計算節電率達到11.76%。

4 結論

1）提升污水外調泵的機組運行效率。2臺機泵平均機組運行效率提升了5.38%，平均機組單耗下降了0.02 kWh/m3，組機運行效率得到明顯提升。

2）節電效果明顯。從表1中可以看出，1#泵機組日耗電量下降了341 kWh，節電率達到11.76%，2#泵機組日耗電量下降了329 kWh，節電率達到11.76%，2臺機泵平均節電率達到11.76%。按照GB/T 30256—2013《節能量測量和驗證技術要求泵類液體輸送系統》計算，2臺泵年運行時間按300天計，則1#泵機組年節電總量可達101 808 kWh，2#泵機組年節電總量可達98 068 kWh，兩臺泵合計年節電量可達200 376 kWh，若按0.651元/kWh電費價格計算，則可產生年節電效益13.04萬元。

3）減排效益。按照節約1 kWh電能減排0.997 kg CO2，即減少0.272 kg碳排放量計算，則該技術項目實施后每年可減少碳排放量54 502.3 kg。

4）設備運行安全可靠，減少設備維修費用。設備可靠性好，使用壽命長。在額定扭矩內同步旋轉，無磨擦部件，無須修理，工作使用壽命長，設計壽命達30年。具備緩沖軟啟動功能，避免起動時的機械沖擊，延長設備使用壽命。同時，該產品還具有良好的過載保護功能，當扭矩過載時，兩半聯軸器（主、從動軸）產生滑脫，實現過載保護，提高了整個電動機驅動系統的可靠性，也可作為離合器使用。

5）減輕員工勞動強度。由于永磁聯軸器良好的密封性能，避免了泵房跑冒滴漏問題，減輕了員工日常維護維修工作量。

表1 2臺污水外調泵應用口油井永磁聯軸器技術措施前后效果統計對比