石油化工泵的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

龐 巖

（中國海洋石油集團(tuán)有限公司天津分公司，天津 300456）

通常由采油平臺(tái)以及集輸管道等共同構(gòu)成的海洋石油工程中，根據(jù)其具體用泵情況，所需石油化工泵的種類也不盡相同，包括離心泵、海水提升泵、輸油泵，等等。因此，在對(duì)石油化工泵進(jìn)行設(shè)計(jì)和使用的過程中，需要充分結(jié)合具體使用情況以及技術(shù)要求，有效保障石油化工泵的應(yīng)有效用得到充分發(fā)揮。本文將探究石油化工泵的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，以期在為相關(guān)研究人員提供必要參考的同時(shí)，可以給予海洋石油工程中石油化工泵的設(shè)計(jì)應(yīng)用相應(yīng)指導(dǎo)幫助。

1 海上石油用泵的技術(shù)要求分析

1.1 使用國際通用規(guī)范

我國海上油田開發(fā)為能夠順利實(shí)現(xiàn)與國際市場(chǎng)接軌，要求使用的海上石油用泵必須統(tǒng)一使用國際通用標(biāo)準(zhǔn)，如美國石油學(xué)會(huì)API與ASME標(biāo)準(zhǔn)等，并統(tǒng)一參照ISO9001國際質(zhì)量認(rèn)證體系進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量認(rèn)證后方可投入使用[1]。

1.2 體積輕巧安全可靠

考慮到海上平臺(tái)與陸地基地相距甚遠(yuǎn)，且空間位置比較有限，一方面需要石油用泵具有較長的檢修期，一般其服役期至少為海上平臺(tái)使用期；另一方面，也需要在保障石油用泵安全可靠的基礎(chǔ)上，盡可能減小其體積和質(zhì)量，方便后續(xù)操作人員的使用和運(yùn)維，并達(dá)到控制成本的目的。

1.3 高強(qiáng)度且需耐腐蝕

因海上石油用泵的使用特殊性，要求石油用泵需要具備較高的強(qiáng)度，尤其需要具備較強(qiáng)的耐海水腐蝕性。故而，眼下在海上石油用泵中多使用超低碳雙相不銹鋼等材料，而在節(jié)能減排、低碳環(huán)保的號(hào)召下，石油用泵也需要具備良好的節(jié)能性，以有效提高海上石油化工泵利用率。

2 海上石油化工泵的節(jié)能設(shè)計(jì)

2.1 進(jìn)出口節(jié)流

海上石油化工泵在實(shí)際應(yīng)用過程中，一旦出口閥關(guān)小，將會(huì)極大增加管線系統(tǒng)損失，使流量大幅減少并直接影響其功率。因此，在設(shè)計(jì)海上石油化工泵時(shí)，可以選擇使用出口節(jié)流技術(shù)，嚴(yán)格控制閥門開度，使其不超過50%。但此種方式并不適用于陡降揚(yáng)程性能曲線的石油化工泵，且此類泵偶爾會(huì)出現(xiàn)氣蝕、抽空等情況。如果存在多級(jí)泵，甚至有可能出現(xiàn)軸向力突變、損壞部分零部件等問題，因而并不建議采用出口節(jié)流方式。為此，本文認(rèn)為在對(duì)海上石油化工泵進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于大裕量串聯(lián)運(yùn)行的第二臺(tái)泵進(jìn)出口位置，可以運(yùn)用進(jìn)口節(jié)流方式，從而有效保障石油化工泵安全可靠的同時(shí)，達(dá)到節(jié)能降耗的技術(shù)效果。

2.2 旁路調(diào)節(jié)

除此之外，在設(shè)計(jì)節(jié)能型海上石油化工泵時(shí)，還可以依照實(shí)際情況選擇使用旁路調(diào)節(jié)的方式。也就是選擇將旁路設(shè)置在海上石油化工泵出口管線位置處，使部分液體能夠快速返回泵中或被吸入液罐當(dāng)中。隨后，海上石油化工泵工況點(diǎn)將向大流量以及低揚(yáng)程進(jìn)行轉(zhuǎn)變，此時(shí)所需泵送量將低于實(shí)際海上石油化工泵的泵送量[2]。但值得注意的是，此種節(jié)能設(shè)計(jì)方式會(huì)適當(dāng)增加功率消耗，液體在快速返回至泵進(jìn)口處時(shí)容易產(chǎn)生一定的升溫現(xiàn)象，因此，比較適用于旋渦泵的節(jié)能設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，可以于泵出口管線位置處設(shè)置另一根管線用于旁路調(diào)節(jié)，使部分介質(zhì)得以回流至吸液罐或泵進(jìn)口位置處，從而有效防止液體升溫過快或異常震動(dòng)等情況。

2.3 切割葉輪外徑

針對(duì)海上石油工程中流量、揚(yáng)程比實(shí)際需要量要大，即通常在3%～5%的情況下，在進(jìn)行海上石油化工泵的節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，本文建議采用切割葉輪外徑的方式，用以對(duì)其流量、揚(yáng)程以及功率進(jìn)行相應(yīng)控制。但在實(shí)際切割葉輪時(shí)，需要對(duì)其是否屬于原型葉輪進(jìn)行充分考慮。假如葉輪已經(jīng)被切割過，則再次進(jìn)行切割時(shí)需要格外關(guān)注切割量。對(duì)于導(dǎo)葉泵則可以適當(dāng)車削葉輪葉片，避免葉輪外徑同導(dǎo)葉內(nèi)徑之間產(chǎn)生過大間隙。在此基礎(chǔ)上，傾斜車削導(dǎo)葉泵或雙吸泵的葉片，也可以在一定程度上獲取相對(duì)較穩(wěn)定的曲線。在完成切割之后的葉輪葉片上，在保障葉尖厚度為2mm下可以在消尖葉片非工作面適當(dāng)將出口寬度放大，進(jìn)而有效達(dá)到提升海上石油化工泵工作效率和運(yùn)行質(zhì)量的目的。

3 節(jié)能型海上石油化工泵的實(shí)際應(yīng)用

3.1 多級(jí)離心泵

以運(yùn)用在海洋石油工程中的100AYGII67×10D多級(jí)離心泵這一輸油泵為例，此種設(shè)置的目的在于向熱爐輸入原油后再進(jìn)行外輸，從而有效保護(hù)整個(gè)輸油路線。通過利用銅鼓有效控制管路閥門，即可實(shí)時(shí)監(jiān)控壓力差及流量信號(hào)，實(shí)現(xiàn)PID調(diào)理器與各項(xiàng)相關(guān)信息的同步，此時(shí)系統(tǒng)能夠徹底控制電源頻率以及輸出信號(hào)，判斷海上石油化工泵流量是否穩(wěn)定。當(dāng)前，海上石油化工泵節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)不斷發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了許多支持變頻調(diào)速的節(jié)能型海上石油化工泵，利用此類節(jié)能設(shè)備，一方面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)石油用泵流量以及電量損耗的有效控制，最大程度地實(shí)現(xiàn)海上石油化工泵的靜音工作；另一方面，通過變頻器的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，可以使海上石油化工泵的工作更平穩(wěn)。因而，通過實(shí)際運(yùn)用采用變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)的多級(jí)離心泵，可以在有效優(yōu)化用泵工作模式的同時(shí)真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗[3]。

3.2 輸油泵應(yīng)用

通過參考當(dāng)前海洋石油工程，在其平穩(wěn)工作中輸油泵的使用意義重大。鑒于輸油泵長期處于不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此，耗電量巨大。為能夠有效保障輸油泵的正常運(yùn)行，同時(shí)對(duì)其耗電量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，部分企業(yè)開始嘗試運(yùn)用經(jīng)過變頻優(yōu)化技術(shù)改造的輸油泵，一方面此類泵在設(shè)計(jì)過程中選擇使用具有較高強(qiáng)度和耐海水腐蝕性能的新型材料，其抗海水點(diǎn)蝕當(dāng)量為Cr%+3.3Mo%+16N%≥35，通過將泵以及各項(xiàng)相關(guān)配套設(shè)備如密封系統(tǒng)等統(tǒng)一安裝在同一底盤上，達(dá)到便于在海上平臺(tái)直接安裝和使用的目的。另一方面，在多段調(diào)速變頻技術(shù)的運(yùn)用下，系統(tǒng)可以更精準(zhǔn)地調(diào)節(jié)和控制輸油泵，徹底改善前期系統(tǒng)對(duì)輸油泵控制存在滯后的問題，在自動(dòng)搜集整理和分析利用石油化工泵工藝條件信息的前提下，智能控制化工泵開度、耗電量等，以此達(dá)到海上石油化工泵節(jié)能降耗的效果。

4 結(jié)語

隨著我國海洋石油工程對(duì)海上石油化工泵使用性能要求的不斷提高，需要技術(shù)人員切實(shí)結(jié)合實(shí)際情況，采用進(jìn)出口節(jié)流、變頻調(diào)節(jié)、旁路調(diào)節(jié)等多種技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)海上石油化工泵的節(jié)能設(shè)計(jì)。積極將融入現(xiàn)代化和智能化科學(xué)技術(shù)的海上石油化工泵運(yùn)用在石油化工領(lǐng)域中，從而可以有效保障海上石油化工泵實(shí)現(xiàn)長時(shí)間安全可靠運(yùn)行，并降低能源消耗，達(dá)到節(jié)能與控制成本的目的，從而有效促進(jìn)我國海洋石油工程的可持續(xù)發(fā)展。