氣動(dòng)隔膜泵在天然氣場(chǎng)站的應(yīng)用探討

姚 政，田 建，謝文科，徐 昕，宋亞足，張衍梅

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林 719000）

機(jī)泵是油氣田場(chǎng)站生產(chǎn)過程中必不可少的設(shè)備，而天然氣場(chǎng)站采出水中富含甲醇和凝析油，目前主要依靠傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)泵進(jìn)行輸送轉(zhuǎn)存，發(fā)生泄漏存在安全隱患和環(huán)境污染。

通過分析研究氣動(dòng)隔膜泵的運(yùn)行原理，榆林處理廠在對(duì)低壓放空系統(tǒng)改造的過程中選型試用氣動(dòng)隔膜泵，分析評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)排液效果良好，安全可靠，并進(jìn)一步對(duì)氣動(dòng)隔膜泵在油氣田場(chǎng)站適用性條件做了探討總結(jié)。

1 榆林處理廠低壓放空排污改造

榆林天然氣處理廠閃蒸分液罐改造之前主要依靠設(shè)備壓差手動(dòng)排液，采出水經(jīng)溢流井自流到卸車池。閃蒸分液罐閃蒸分離出的采出水中混合有大量泥垢和固體顆粒，經(jīng)常造成排污管線堵塞以及溢流井油泥沉積，需要定期對(duì)排污井和管線挖開沖洗，極大的增加了崗位勞動(dòng)負(fù)荷，而且揮發(fā)性的易燃易爆介質(zhì)污染環(huán)境的同時(shí)遇到明火容易發(fā)生火災(zāi)爆炸，具有較大的安全隱患。

為了滿足安全環(huán)保的生產(chǎn)要求，針對(duì)性地進(jìn)行了低壓放空系統(tǒng)改造（見圖1），重新鋪設(shè)排污旁通管線，增裝一臺(tái)氣動(dòng)隔膜泵，實(shí)現(xiàn)了采出水的密閉排放。

圖1 榆林處理廠閃蒸分液罐排污流程改造

2 氣動(dòng)隔膜泵選型與應(yīng)用

2.1 氣動(dòng)隔膜泵結(jié)構(gòu)和原理

氣動(dòng)隔膜泵以壓縮空氣為動(dòng)力源，將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)化為往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，達(dá)到運(yùn)輸各種介質(zhì)的目的[1，2]。主要由泵體外殼、介質(zhì)進(jìn)出口配管、供風(fēng)系統(tǒng)、隔膜和配氣機(jī)構(gòu)共同組成（見圖2）。泵的外殼是流體介質(zhì)進(jìn)出和壓縮空氣能量轉(zhuǎn)化為介質(zhì)動(dòng)能的空間。內(nèi)部構(gòu)件由隔膜、球閥和連桿組成，是泵內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)部分，承擔(dān)著對(duì)介質(zhì)做工的職責(zé)。配氣系統(tǒng)是由配氣室、配氣閥和消聲器組成。它是隔膜泵將壓縮空氣能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的關(guān)鍵部件。

圖2 氣動(dòng)隔膜泵結(jié)構(gòu)示意圖

其工作原理是：當(dāng)閥芯移動(dòng)到閥體一側(cè)時(shí)，隔離室壓力交換。氣流分配閥閥芯由內(nèi)部引導(dǎo)閥推動(dòng)，該閥門對(duì)氣流引導(dǎo)閥空氣。活塞在隔膜沖程結(jié)束時(shí)接觸隔膜板，此時(shí)引導(dǎo)閥執(zhí)行轉(zhuǎn)換動(dòng)作。然后活塞把引導(dǎo)閥的閥芯推到一個(gè)位置上以促動(dòng)氣流分配閥。

2.2 氣動(dòng)隔膜泵選型

泵殼的材質(zhì)主要包括不銹鋼、塑料、鋁合金等。隔膜的材質(zhì)主要包括丁腈橡膠、氯丁橡膠、聚四氟乙烯等。球閥的材質(zhì)主要包括不銹鋼、聚四氟乙烯、丁腈橡膠等。在選泵時(shí)，需要根據(jù)輸送介質(zhì)的物性選擇不同材質(zhì)的隔膜泵。

榆林天然氣處理廠閃蒸分液罐的尺寸為Φ2 000×6 000，工作壓力1 MPa。主要用于低壓放空天然氣氣液分離、采出水低壓閃蒸處理等。排放介質(zhì)主要為含凝析油、甲醇、污泥和固體顆粒的氣田采出水，因此泵殼的材質(zhì)選擇為不銹鋼型。由于介質(zhì)較臟，腐蝕性較強(qiáng)，且密度較大，因此對(duì)隔膜和球閥的耐腐蝕和密封性要求較高。綜合考慮，選擇聚四氟乙烯材質(zhì)的隔膜和不銹鋼材質(zhì)的球閥。其次根據(jù)排量大小、對(duì)出口壓力要求和供風(fēng)能力來選擇隔膜泵的型號(hào)。榆林天然氣處理廠閃蒸分液罐間歇性排液，且每次排量10 m3左右。綜合考慮和比較之后，最終選擇QBK-50型氣動(dòng)隔膜泵（見表1）。

表1 QBK-50型氣動(dòng)隔膜泵參數(shù)表

2.3 效果分析

2.3.1 運(yùn)行維護(hù)強(qiáng)度對(duì)比分析 本著降低榆林天然氣處理廠凈化工的日常操作維護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度，并且提升采出水系統(tǒng)的安全性進(jìn)行此次改造。那么改造前后勞動(dòng)強(qiáng)度對(duì)比分析是關(guān)鍵之處。通過對(duì)比就可以明確知道此次改造是否真正起到了降低凈化工操作勞動(dòng)強(qiáng)度的意義。

電動(dòng)機(jī)泵：

起停泵：（1）需檢查泵體油位；（2）需盤車；（3）需灌泵排氣；（4）需操作泵的入口閥門，出口閥門和旁路閥門。

定期保養(yǎng)：（1）注潤(rùn)滑機(jī)油 1 次/半年；（2）定期檢查軸套的磨損情況1次/月；（3）定期檢查密封情況1次/月；（4）定期監(jiān)測(cè)定子絕緣情況1次/半年。

氣動(dòng)隔膜泵：

啟停泵：只需要操作泵的進(jìn)出口閥和氣源閥即可。

定期保養(yǎng)：定期清洗膜片和球閥即可1次/半年。

通過對(duì)比分析，可以清晰的認(rèn)識(shí)到，氣動(dòng)隔膜泵在使用過程的維護(hù)強(qiáng)度遠(yuǎn)低于常規(guī)電動(dòng)機(jī)泵。所以，氣動(dòng)隔膜泵的應(yīng)用確實(shí)降低了凈化工的操作勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.3.2 安全環(huán)保方面 對(duì)比分析改造前后榆林天然氣處理廠采出水系統(tǒng)的安全性可知，氣動(dòng)隔膜泵的應(yīng)用確實(shí)提高了采出水系統(tǒng)的安全性。降低了閃蒸分液罐排液的風(fēng)險(xiǎn)度。主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）閃蒸分液罐實(shí)現(xiàn)密閉排液，整個(gè)排液系統(tǒng)無油氣揮發(fā)；

（2）以壓縮空氣為動(dòng)力源，百分之百的能量利用，節(jié)能降耗，而且環(huán)保，當(dāng)關(guān)閉出口，泵自動(dòng)停機(jī)；

（3）沒有動(dòng)密封，無油式氣壓室，無需潤(rùn)滑，所以維修過程可以避免因泄漏導(dǎo)致的環(huán)境污染問題；

（4）可以空轉(zhuǎn)運(yùn)行，且不會(huì)有危險(xiǎn)，低壓、慢速運(yùn)轉(zhuǎn)，絕不卡機(jī)。

2.3.3 經(jīng)濟(jì)效益方面 榆林天然氣處理廠采出水系統(tǒng)在用的常規(guī)電動(dòng)機(jī)泵每臺(tái)造價(jià)為2～3萬元，每年用于機(jī)泵維護(hù)維修的費(fèi)用約為3 300元/臺(tái)。但是，經(jīng)過此次對(duì)采出水系統(tǒng)優(yōu)化改造使用的是QBK-50型氣動(dòng)隔膜泵，該泵的造價(jià)為8 000元/臺(tái)，每年維護(hù)費(fèi)用主要用在更換膜片，需要2 000元。因此，在同樣滿足生產(chǎn)條件下，氣動(dòng)隔膜泵的經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)泵。

3 氣動(dòng)隔膜泵適用性條件分析

3.1 氣源充足，風(fēng)壓可調(diào)

不同于電動(dòng)機(jī)泵以電力驅(qū)動(dòng)，氣動(dòng)隔膜泵需要場(chǎng)站有配套的穩(wěn)定氣源，考慮到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)易燃易爆介質(zhì)的因素，嚴(yán)禁使用壓縮空氣代替氮?dú)?。上游來氣壓力要滿足設(shè)計(jì)揚(yáng)程，可以通過調(diào)整空壓機(jī)排氣壓力和減壓閥開度實(shí)現(xiàn)。

3.2 密封性好，可用于易燃易爆場(chǎng)所

氣動(dòng)隔膜泵不會(huì)產(chǎn)生火花，且靜電接地后又防止了靜電火花。也沒有動(dòng)密封，無需潤(rùn)滑油，避免了介質(zhì)泄漏或潤(rùn)滑油泄漏對(duì)環(huán)境污染。

3.3 設(shè)備間歇性排液，污水固體含量高

場(chǎng)站天然氣一般要經(jīng)過氣液分離，采出水不斷匯集在集液包，油泥沉積堵塞排污管線和液位計(jì)，正常壓差排液困難，可以借助氣動(dòng)隔膜泵快速抽吸排液，防止積液和有毒氣體揮發(fā)。實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作氮?dú)庀倪^大。

3.4 保溫措施到位，防止結(jié)冰凍裂

氣動(dòng)隔膜泵的腔室不可避免會(huì)有積液，在低溫條件下使用容易凍裂膜片，必須做好防腐保溫措施，比如包裹保溫層或室內(nèi)使用。

4 總結(jié)

從氣動(dòng)隔膜泵在榆林處理廠閃蒸分液罐應(yīng)用效果來看，其使用需要滿足一定的條件才能充分體現(xiàn)在安全環(huán)保和操作維護(hù)方面的優(yōu)勢(shì)，如果能配合電磁閥控制氣源開關(guān)則可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟停，非常適合油氣田場(chǎng)站氣液分離設(shè)備間歇性排污生產(chǎn)環(huán)境，在壓縮空氣充足的易燃易爆場(chǎng)所可以考慮推廣使用。