多級離心泵降壓力增排量的適應(yīng)性改造

趙杰瑛

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524000）

0 引言

中海油某平臺共有4 臺五級原油外輸泵，外輸原油量為540 m3/h，單臺外輸泵額定排量為200 m3/h，正常情況下為“三用一備”。由于設(shè)計(jì)工藝狀況與實(shí)際工況存在差異，該泵組存在的問題就是泵額定出口壓力為4.6 MPa，但實(shí)際外輸壓力為2.3 MPa 左右，壓差達(dá)到2300 kPa，因此造成泵出口需要通過壓力調(diào)節(jié)閥減壓才能滿足工藝要求而造成大量能量的損失。由于只有一臺備用泵組，一旦當(dāng)有外輸泵出現(xiàn)故障或者維保都會給生產(chǎn)帶來很大壓力，同時過大的壓力會造成出口壓力調(diào)節(jié)閥的磨損加快、增加不必要的電能損耗、單臺泵輸送量低等問題。而且，3 臺泵運(yùn)行也使維修費(fèi)用、庫存?zhèn)浼痈卟幌隆?/p>

1 原外輸泵參數(shù)

該泵為美國泵業(yè)制造商FLOWSERVE 產(chǎn)品，原裝進(jìn)口，型號為6WX-12B5，位號PUQB-P-2012；為節(jié)段式結(jié)構(gòu)多級離心泵，BB4 型泵（API610），接口為上進(jìn)上出，軸承為滾動軸承，自潤滑，詳細(xì)參數(shù)見表1。

2 多級離心泵改造理念

計(jì)劃減少一級葉輪將原油外輸泵由5 級泵改造為4 級泵，以降低介質(zhì)出口壓力。考慮到現(xiàn)場使用、備件準(zhǔn)備、接口安裝、零件互換等實(shí)際情況，原油外輸泵的改造理念如下。

表1 多級離心泵參數(shù)表格

（1）改造前與改造后，泵的安裝尺寸、各接口位置等需保證一致，確保改造后能夠正常安裝。

（2）改造前與改造后，泵易損件需保證一致，以確保改造前后的備件能夠通用。

（3）盡可能不加工外輸泵的原有零件，以保證各零件原有的完整性、功能性和可裝配性。

（4）改造后，從結(jié)構(gòu)上考慮在后期增加一級葉輪的可行性，葉輪從4 級變回5 級，預(yù)防后期提高介質(zhì)壓力的可能。

（5）改造后，泵的各項(xiàng)性能指標(biāo)（軸承振動、溫度等）滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求。

為考慮到外輸泵電機(jī)的功率負(fù)荷，工藝系統(tǒng)會出現(xiàn)波動的情況，應(yīng)適當(dāng)留有余量，以免觸發(fā)電流過載保護(hù)，引起泵組關(guān)停。依據(jù)流量負(fù)載曲線，決定拆除一級葉輪，降低泵出口壓力，降低電機(jī)部分輸出功率，從而實(shí)現(xiàn)提高泵排量。

3 多級離心泵改造方案

該泵總共5 級葉輪，1 個首級葉輪+4 個次級葉輪，機(jī)械密封沖洗方案為自沖洗Plan11（API682），在第2 級葉輪處取液沖洗兩端機(jī)封。從結(jié)構(gòu)上看，該泵可依次分為出水段、4 級中段、3級中段、2 級中段、首級中段，其中：首級葉輪為保證吸入順暢不能取消；1+2 級葉輪的壓力供機(jī)械密封沖洗，2 級葉輪不能取消；5 級葉輪為末級葉輪，不能取消；只能取消第3 級或第4 級葉輪。因此選擇取消第3 級葉輪，同時還要取消相應(yīng)的導(dǎo)葉、葉輪的前后密封環(huán)、鍵等零件。

表2 為改造方案及相應(yīng)零件明細(xì)：①在3 級中段背板上加工4-M8-6H 深9 mm 的螺紋孔，用于把緊導(dǎo)流套，設(shè)置導(dǎo)流套的目的是確保介質(zhì)能夠從第2 級導(dǎo)葉順暢的進(jìn)入原第4 級葉輪進(jìn)口，從而減少級間損失，保證泵的效率；②在原第2 級葉輪和第4 級葉輪之間設(shè)置軸套，使轉(zhuǎn)子部件上的各零件軸向位置尺寸不變，同時確保轉(zhuǎn)子串量不變；③在2 級中段和3 級中段之間設(shè)置密封套用于安裝O 形圈，確保中段與中段間的密封。取消第3 級葉輪后，也就只有4 級葉輪對介質(zhì)作功，對應(yīng)流量的出口壓力相應(yīng)地降低了約1/5。

4 多級離心泵改造后的測試

根據(jù)改造方案對原油外輸泵進(jìn)行測試，根據(jù)外輸泵外輸壓力范圍（正常2.5 MPa 左右），極端情況波動時為3.2 MPa。在改造廠測試泵組相關(guān)參數(shù)（水介質(zhì)），并依據(jù)原油密度0.848 5 g/cm3進(jìn)行換算（表3）。

表2 改造后外輸泵結(jié)構(gòu)及零件明細(xì)

表3 外輸泵改造后測試數(shù)據(jù)（介質(zhì)：常溫清水）

為了進(jìn)一步確保改造的外輸泵理論分析與實(shí)際相一致，在完成改造的第一臺外輸泵在現(xiàn)場進(jìn)行了實(shí)際測試，通過分別調(diào)節(jié)4 臺外輸泵出口的調(diào)節(jié)閥以及回流閥門，使測試期間各外輸泵壓力分別從4.52 MPa 逐步降到2.43 MPa。通過一周的穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)實(shí)際與維修廠測試數(shù)據(jù)基本一致，隨后完成了剩余3臺外輸泵的改造。

5 外輸泵改造后效益

從實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)可以獲知，改造后在外輸壓力3.43 MPa時，單臺外輸泵流量為320 m3/h，因此2 臺外輸泵完全滿足正常生產(chǎn)540 m3/h 左右的原油產(chǎn)量的外輸。對于外輸泵組增加了一臺備用泵，提高了整個外輸泵組的可靠性，節(jié)約了每年一臺泵的維修費(fèi)用以及大幅度降低備件的庫存。

改造之前單臺泵的運(yùn)轉(zhuǎn)電流為38 A，功率為360 kW，改造之后單臺泵的電流為34 A，功率為320 kW，改造之后只運(yùn)轉(zhuǎn)2 臺計(jì)算，共降低功率360+40+40=440 kW，每天節(jié)約電量10 560 kW·h，按照工業(yè)電價0.725 元/（kW·h），每年按照330 d 計(jì)算，節(jié)約電費(fèi)250 萬人民幣。

本次改造讓設(shè)備更好發(fā)揮潛能，也讓生產(chǎn)更加穩(wěn)定，同時給平臺帶來了較好經(jīng)濟(jì)效益，初步估計(jì)每年可以節(jié)省電費(fèi)、維修費(fèi)用超過300 萬元，還大幅降低泵組的庫存?zhèn)浼?，減少現(xiàn)場維修部門的工作量，并提高了工作效率。