外输泵并列运行中的偏流问题分析与对策

占新兵+徐岩光

一、运行现状

中心三号平台位于埕岛油田中心区块于是一座集油气处理与外输、变配电、污水处理与外输、注水、海上生产自动化监控、生活保障等多功能于一体的大型综合性海上平台。现有4台原油外输泵，位于生产平台底层甲板，其中1#、2#、3#为双级、单吸、轴向中开离心泵，额定排量为300m3/h，4#为双螺杆混输泵，额定排量为200m3/h。目前平台全天外输液量在17500 m3左右（约730m3/h），出于节能考虑，平台采用“2+1”的组合方式运行，即2台离心泵与1台混输泵组合运行。

生产运行中我们发现，1#、2#、3#离心泵中任意两台进行组合并列运行时，在相同频率和泵压的情况下，各自的运行电流、功率、排量均存在较大差异，供液存在较严重的“偏流”现象。

二、原因分析

偏流现象，是指流体由汇管流经分支管道时，因分支管道内部阻力不同，引起的管道内流体流量不同的现象，管道内部阻力越大，流经的流量就越少，反之越多。

偏流程度取决于管道的管径差异及管道的布局，就中心三号平台而言，4台外输泵进出口管径并无差异，因4#混输泵的型号、额定排量等参数与其他离心泵不同，为方便问题的分析，本文将排除混输泵的干扰因素和离心泵自身泵况因素，分析离心泵在静态时管道布局对偏流的影响。

（一）管道布局

目前平台来液经两台分离缓冲罐出口进入汇管，通过3台离心泵增压后，出口汇管外输至海三联合站，其管道布局如图1所示。

图1：管道布局图（Z型） 图2：管道布局图（U型）

（二）建立模型

常规管道布局方式有对称型、Z型（图1）、U型（图2），平台采用的Z型布置，为了方便比较，我们建立两种布局方式进行对比分析（图1和图2）。

假设：进口管汇截面积为Sa，出口管汇截面积为Sb，介质密度为ρ，1#至3#均为设计参数相同的离心泵，单位流量介质从进口汇管进入，从出口汇管流出，通过计算点1至点6处的流体线速度Cf、质量m、动能和位能，得出离心泵进出口的位能差公式。

（三）模型应用

平台离心泵进口管线通径为12寸，出口管线通径为10寸，设单位截面积为S0，S=πS0，则Sa=36S，Sb=25S，代入表位能差计算公式后得到相关数据如表1所示：

离心泵进出口两端的位能差直接影响介质通过离心泵的流量，若离心泵在同种介质下的阻力相等，则由于进出口位能差不同，导致流量不同，位能差大的流量就大，反之则小，从而发生偏流现象。

从表1可以看出，U型布置较Z型布置位能差较小，发生偏流的幅度较小。

从现场实际应用来看，2#离心泵与其他离心泵组合时经常出现抽空、气蚀等现象，且泵效及排量也不及其他离心泵，与3台离心泵进出口管線采用Z型布置，导致2#离心泵位能差与其他离心泵相比偏小有密切关系。

三、建议及对策

（一）优化布局

从上述分析来看，外输泵进出口管线采用Z型布局是造成偏流现象的主要原因，为减小偏流，采用完全对称布局为最佳选择，其次是采用U型布局。由于受海上特殊环境及空间的限制，对现有流程布局进行改造难度较大，在今后类似并列运行的设备流程布局设计时，应尽可能地提前考虑不同的管线布局对偏流的影响。

（二）改变管径

在现有管线布局的基础上，可以考虑通过改变管线通径，尽可能地消除位能差异的影响，针对2#离心泵而言，可以增大泵进口管线通径或减小泵出口管线通径，以达到增大2#离心泵进出口位能差的目的，从而减小偏流。

（三）调控措施

鉴于2#离心泵在与其他离心泵组合时发生抽空、气蚀现象（相同频率情况下），一是通过频率调控，适当增大2#离心泵的频率或降低其他离心泵的频率；二是通过泵压调控，适当降低2#离心泵的泵压或增大其他离心泵的泵压，使其排量、功率、电流等参数与其他离心泵基本一致，控制偏流效果十分明显。

四、结束语

多台设备并列运行时，管道布局不均，是造成偏流现象的主要原因，在管道布局设计时，应优先考虑完全对称布局或是U型布局，尽量避免Z型布局，在管道布局已经确定的情况下，可以采用改变进出口流程管径的方式，尽可能地消除位能差异，已经施工完成的管道布局和管径，可以采用其他调控措施实现偏流的控制。