一種油田污水泵密封裝置的設(shè)計(jì)

程勝利

【摘要】本文針對油田輸送污水中含有大量固體顆粒、添加劑和礦物質(zhì)，造成的離心泵泄漏失效問題，設(shè)計(jì)一種泵送型密封裝置，始終以清水沖洗螺旋，克服了螺旋密封的自身缺陷，起到節(jié)能減磨的效果，延長了污水泵的使用時(shí)間。

【關(guān)鍵詞】油田污水 離心泵 螺旋密封

1 技術(shù)背景

在石油開采時(shí)，需及時(shí)注水以保持地層壓力，維持正常的滲透率，實(shí)際生產(chǎn)中，為節(jié)約用水和減少環(huán)境污染，往往將從原油脫水過程中分離出的污水經(jīng)油水分離、脫氧、脫菌處理后回注油層。由于污水的反復(fù)利用，其懸浮物、人工添加劑含量以及礦化度等都比較高。當(dāng)用離心泵輸送這一介質(zhì)時(shí)，其中的礦物質(zhì)及添加劑往往會在密封裝置上析出，降低密封效果；其固體顆粒也會對密封裝置造成過度磨損，使離心泵的泄漏增加，壽命縮短，嚴(yán)重時(shí)還會產(chǎn)生事故。為此，設(shè)計(jì)了一種油田污水泵泵送型密封裝置。2 結(jié)構(gòu)與原理2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

泵送型密封裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 泵送型密封裝置的結(jié)構(gòu)

2.2 工作原理

當(dāng)螺旋隨泵軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，液體摩擦力作用在螺旋槽內(nèi)的液體上，使之產(chǎn)生軸向反壓，并使液體沿軸向流動，阻止液體的泄漏。由于螺旋密封部分產(chǎn)生的軸向反壓的大小與螺旋的轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)及尺寸有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)被密封介質(zhì)壓力的大小把螺旋密封部分的泵送反壓設(shè)計(jì)成大于被密封介質(zhì)壓力，并在螺旋密封的左端通以清水，由于螺旋的反輸壓力大于泵內(nèi)被密封介質(zhì)壓力，清水就會被螺旋輸送至泵內(nèi)。由此不僅防止了泵內(nèi)液體向泵外的泄漏，而且還使密封裝置始終處于清水沖洗之中，阻止了泵內(nèi)液體因泄漏而在密封裝置上的結(jié)垢，同時(shí)也防止了固體顆粒的進(jìn)入對密封裝置造成的磨損。螺旋的泵送作用是螺旋左側(cè)與填料密封間的空間壓力較低，清水不易自填料密封處向外泄漏。當(dāng)離心泵在啟動、停車時(shí)，由于泵送壓力沒有完全建立，填料密封部分又起到了停車密封的作用。

3 主要參數(shù)的計(jì)算

圖2 主要結(jié)構(gòu)尺寸

在螺旋旋轉(zhuǎn)過程中，螺旋槽內(nèi)的液體依靠粘性產(chǎn)生剪切流動，其流程為

Uicosβ

Q1=—————ahicosβ （式1）

2

由螺紋的幾何關(guān)系可知

ai=πD[a/（a+b）]tanβ=πDk1 tanβ

（式2）

式中： k1=a/（a+b）——螺紋螺距。反輸流量為

Q1=πDk1hUisinβcosβ/2 （式3）

3.2 泄漏流動（壓差流動）3.2.1 沿螺旋槽的泄漏流量

在螺旋密封兩端有系統(tǒng)壓力與密封壓力的壓差？p作用。在此壓力作用下產(chǎn)生的壓差流動即為泄漏流動，泄漏量為 3.2.4 沖洗液流量

若反輸壓力大于泄漏壓差，泵送流量必大于壓差泄漏量，其壓差即為沖洗液流量，即

q = Q1 — Q = Q1—（ Q2 + Q3）

所以（式8）

4 裝置特點(diǎn)

本裝置克服普通螺旋密封工作時(shí)容易氣吞，自適應(yīng)性差，需要輔助停車密封的缺陷，具有以下特點(diǎn)：

（1）由于泵送壓力高于泵內(nèi)被密封介質(zhì)壓力，密封裝置始終浸沒在清水中，泵內(nèi)介質(zhì)不與密封裝置接觸，污水中的礦物質(zhì)及添加劑無法在密封裝置上析出，克服了密封裝置因結(jié)垢造成的損壞。

（2）由于采用了非接觸式的螺旋密封，且螺旋槽始終處于清水的沖洗之中，固體顆粒不易進(jìn)入，防止了固體顆粒對裝置的磨損。

（3）沖洗螺旋用水可以使用原密封冷卻水，因此對于離心泵的密封改造不需增加輔助設(shè)備，且隨污水回注油層，避免了水資源的浪費(fèi)。

（4）裝置外側(cè)與密封液體相連，與大氣脫離接觸，有效地防止了由于氣體吸入而引起的氣吞。

（5）泵送型密封裝置螺旋長期浸沒在水中，容易腐蝕，因此需要用不銹鋼材料加工，或?qū)β菪M(jìn)行防腐處理。

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