分析解決油田用高壓柱塞泵振動問題的技術改進措施

于春玲 趙靜 岳國斌 丁志強 孔德集（天津市大港油田分公司，天津300280）

0 引言

離心泵的特點是排量大、壓力低、運行平穩，適用于油田大面積注水，但耗能高。注水單耗高達6.9度/m3。目前我們現場注水大部分由原來的離心泵逐漸由柱塞泵代替。柱塞泵是工業泵中不可缺少的一類產品。它的突出優點是：可獲得高的排壓，且流量與壓力無關，適應輸送介質十分廣泛，吸入性能好，效率高；泵的性能不隨壓力和輸送介質粘度的變動而變動。

在當今世界能源緊缺的形勢下，柱塞泵作為節能產品，在石油開發、管道輸煤、煤氣化工、電站排渣、礦山開采等方面起著重要作用，而且在壓力容器檢測和實現現代化石油化工工業全面自動化操作方面也是不可缺少的品種.因此，在我們日常柱塞泵管理當中必須管理好柱塞泵而且進行對其做好維護保養工作，在工作中及時發現問題及時解決問題，最終使節約成本費用下降、材料費用降低、員工勞動強度降低，消除安全隱患、及采取好的建議及時進行推廣。通過多年的使用，針對柱塞泵振動大，暴露出一些安全問題。這就需要我們及時解決。保證設備、人員的安全，平穩注水。

1 生產現狀

目前，采油一廠作業四區馬西注水站共有三臺KGF180-1360 高壓離心泵，單臺排量180m3/h；為了降低注水單耗，2016年新增了5ZB-20/43 型柱塞式注水泵7 臺，單臺泵注水能力57m3/h，日常運行6 臺高壓柱塞泵。目前馬西注水站設計注水能力20000m3/d，實際注水量7000m3/d，泵壓10.5～11.5MPa。擔負著采油一廠90多口注水井注水。參見表1：采油一廠作業四區馬西注水站設備明細表。

表1 采油一廠作業四區馬西注水站設備明細表

2 存在問題

柱塞泵投入運行后,流程異常振動，特別是2018 年10 月至2019年3月，振動加劇。柱塞泵出口流程及回流流程頻繁出現焊縫開裂，存在極大安全隱患。造成柱塞泵頻繁的啟停泵，平均使用壽命不足24個小時，注水單耗高達4.5kWh/m3，影響注水時率。不能保證平穩注水。多次施工提高維修費用高達7～8萬元。同時由于管線異常振動，造成管線上安裝的流量計內部零件損壞，不能正常工作。參見表2：2019年1-3月馬西注水站柱塞泵管線開裂情況。

表2 2019年1-3月馬西注水站柱塞泵管線開裂情況

3 原因分析

經過我們掌握的第一手資料，分析新泵房柱塞泵振動大問題原因主要有以下三方面：

（1）泵出口流程震動的主要原因是出口流程管徑設計的偏小，特別是出口單流閥過流面積過小(過流面積直徑不足40mm)。柱塞泵運行過程中相當于將出口閥門關小，由于液體的不可壓縮特性，脈動排出的高壓液體不能全部及時的排出，造成瞬間壓力升高流速增大，造成類似于“水擊”的現象，使出口流程產生橫向位移造成劇烈震動。同時形成的內應力會在出口流程三通、焊口、尖角等薄弱處形成應力集中，導致流程管件出現疲勞裂紋形成破壞。

（2）次要原因是由于高壓出口匯管與回流管線匯管埋于地下，管線下方沒有基礎支撐固定，管線懸空得不到很好的支撐與固定機械震動不能有效緩解，同時多臺泵同時運行時還會出現共振現象，從而加劇了泵出口流程震動的產生。

（3）受到破壞最多的部位為回流管線與泵出口管線的T接部位的異徑三通。出口管線產生徑向位移時回流管線相對產生束縛力這就形成了破壞應力，異徑三通的回流閥一側管徑變小，壁厚變薄就無疑成為應力集中最嚴重的部位。

4 解決措施

針對柱塞泵上述缺點和存在的不安全因素，提出了以下改進措施：

（1）更換新泵房高壓柱塞泵出口流程，由現有的3in更換為4in，彎頭倍率由2.5D擴大為4D；

（2）將原流程使用的單流閥、高壓截止閥以及彎頭，由一個多功能高壓截止閥替代，避免單流閥縮徑導致的水擊現象，同時縮短了流程增強了結構剛性。

（3）改造四臺機泵的回流管線，由之前的垂直入地改為三通水平放置，通過角閥連接向下垂直于地面，再和回流匯管相連接。回流匯管平行于泵出口匯管，安裝在同樣的預制基礎上并可靠固定。

改造后2019 年5-7 月的柱塞泵運行狀況參見表3：改造后馬西注水站柱塞泵運行統計表。

表3 改造后馬西注水站柱塞泵運行統計表（2019年5-7月）

5 效果分析

從改進前后維修統計和泵的運行參數中可以看出：經過改進后，由于泵連續運行，提高柱塞泵泵效，降低因啟、停泵所耗費的電量損失。降低了維修費用。平均泵效由原來的90.62%增加到96.5%，降低單耗0.1～0.5 kwh/m3，一年下來可節約4 萬多度電。提高了生產效率及減少了啟停泵次數，提高了機泵運行率。維修工作量相對減少，保證了柱塞高效運行，提高生產時率，特別是保證了員工的安全。同時得到了有關部門的認可。