离心泵在气田应用中存在的问题及对策

张继升

（中国石油西南油气田公司蜀南气矿，四川 泸州 646000）

0 引言

大多数气田进入开发中后期，气田生产伴生的地下水已无法低成本进行处理达标后排放，现采取的主要方式是地面简易处理，集中回注地下。在污水转运的过程中，大量使用离心式水泵，同时在回注压力不高的工艺中，也大量采用单级或多级离心式水泵，另外在净化工艺中也大量使用离心式水泵。因此，如何有效保证离心泵的正常运行，对气田的稳定生产至关重要。笔者拟对离心泵应用中存在的问题进行分析，并探讨相应的对策。

1 气田离心泵应用现状概述

近年来，由于某气田产水气井增多，对气田水的处理量加大，截至2017年初，气田共有离心泵（功率大于11 kW）1 237台，装机功率超过5×104kW，离心泵主要用于天然气生产开发的气田水转水、回注、天然气净化、天然气化工工艺过程中各类液体介质的输送，离心泵在该气田应用比较广泛，但泵的设计、安装、使用、运行维护等原因导致离心泵故障频发的现象时有发生，泵的非正常停运严重制约着气田的生产运行。

2 离心泵在应用中的问题及对策

1）泵的设计选型。在设计选型时，应严格对泵的工艺流程及安装布置进行审查。首先要考察泵上水阻力的大小，通过引水面至泵进口高差、上水管线长度、弯头数量、弯头曲率、阀门数量、底阀阻力等计算上水阻力，将阻力控制在离心泵气蚀余量范围内，防止上水阻力过高造成泵进口真空度超限，从而引发泵气蚀或者不上水，这对于防止工程竣工后重新改动工艺管线能起到关键作用。其次要合理布置压力表安装的位置、出口止回阀及控制阀安装的位置，合理布置工艺管线以便预留检修位置等。在满足流量、扬程、温度、介质、装置汽蚀余量等工艺参数的前提下，尽量选择高效范围宽、在工况下效率高的水泵，配套电机运行功率在额定功率的70%～100%，以达到较为经济的能耗［1］。

2）泵的材质问题。气田有时在采购转水泵时由于低价中标，未对泵体材质作出具体要求，厂家在竞标中均采用1Cr18Ni9Ti、1Cr13、3Cr13等普通不锈钢。在盐水腐蚀性强、氯离子含量较高的井站，易造成泵过流部件早期损坏。如某井盐水泵运行半年后拆解泵体，发现叶轮腐蚀严重，其中一面几乎完全被腐蚀掉。相应对策为：采用1Cr18Mu2Ti（316L）材质盐水泵，此种材质不仅在304不锈钢的基础上大幅度增加了镍元素的含量，同时加入昂贵的钼元素（2%～3%），价格约为普通不锈钢的1.5倍，在临界点腐蚀温度以下，316L更耐酸碱，对氯离子的适应性更强［2］，腐蚀率大幅下降。

3）泵易损部件的选择与安装。在离心式水泵中，轴承属于常见易损部件，出现轻微损伤都需要及时更换，因此对轴承的选择至关重要。相应对策为：气田在采购阶段通过两方面的工作加强轴承的质量控制，首先在技术文件里指定采用国产优质轴承或者进口优质品牌轴承，一般选用可靠性较高的轴承，花费不高，但效果较明显；其次针对部分重点井站，选用双滚珠重载轴承，两个同型号轴承并排安装，增加了轴承的设计冗余度，能够很好地降低轴承的故障率。

4）泵润滑存在的问题。黄油润滑是大部分离心泵的标准选择，但是其维护更换技术要求较高。首先是每次补油量不好掌握，极易加注过量，导致轴承过热；其次轴承需要定期打开清洗，以清除内部累积的废旧变质黄油，检修工作量大且较脏；再次普通黄油不耐高温，轴承温度稍高就会液化从而失去润滑作用。技术对策为：应率先在气田的重点生产井站以及大功率离心泵上采用机油润滑的形式，油量观察直观可靠，耐温性更高，使轴承得到全面可靠的保护，辅以定期更换机油制度，这样不仅更换工作量小，而且进一步延长了轴承的寿命。

5）泵安装存在的技术问题。在离心泵的安装阶段，由于部分工程施工单位的员工不具有机械设备专业安装人员的水平，诸如基础水平不达标，地脚螺栓不牢靠甚至缺件，泵和电机对中不当等都严重影响离心泵的使用寿命［3］。技术对策为：气田应加强施工监理和巡查验收制度管理，严防不合格工程进入到运行阶段。

6）泵的维护保养的技术问题。在离心泵运行维护阶段，对于易损件的正常维护保养至关重要。泵的出厂质量问题、黄油过期、黄油量不足、对中不当、平衡盘磨损、轴弯曲等都会引起轴承损坏，一旦未及时发现，轴承严重损坏后会造成转子部件下沉从而加速泵体内部磨损。相应的技术对策为：应强化例行巡检工作，加强员工技术培训，提高员工对轴承故障的识别和判断能力，在轴承损坏的早期阶段就及时发现并予以更换；下一步可以通过设备状态检测技术的应用，采用如轴承类设备定期检测和评估轴承状态方法预测轴承寿命，指导轴承更换时间，大力降低轴承类常见的故障。

7）泵的特殊部件的技术问题。平衡盘磨损到达一定阶段，会引发泵体内过流部件的继续磨损、电机超负荷、转水量不足、压力不够等诸多问题，而且检修时不易拆卸，极易导致泵未到预定寿命就提前返厂大修，影响正常生产，浪费资金。相应的技术对策为：通过加强离心泵维护保养工作，主动检修、更换磨损的平衡盘，延长泵体大修时间，建议基层每年更换一次平衡盘。

8）泵密封的技术问题。填料密封结构简单、价格便宜、维修方便，后期可随时增加密封圈数以加强密封效果，但泄漏量大、功耗损失大。对于机械密封，其泄漏量小，场所干燥洁净，但是其不能适应气田水这类特殊的高腐蚀性、高结垢性水质。机械密封在油气田各井站应用效果主要跟气田水水质、腐蚀程度以及作业区技术力量有关。技术对策为：气田下一步应有选择地对待不同井站，填料密封和机械密封都可以有所选用；同时，针对机械密封装置运行周期较短的弊端，可考虑采用双端面机械密封以加强密封效果。

9）泵启动系统的技术问题。对于变频启动装置，目前气田使用的变频器种类繁多，核心部件多是进口，出现故障后配件不易组织，维修困难，影响生产，同时变频启动装置采购成本很高，维修困难，给生产带来很大困难。相应的技术对策为：对于大功率设备，可以选用经济可靠的国产品牌，近年来应用的晶闸管控制软启动装置，采购成本较低，而启动电流只略大于变频启动装置，其简单经济、可靠易维修。

10）泵配套设备的改进。为加强离心泵的运转周期，可以对离心泵的有些部件进行一些改进和更换，其技术对策为：如底阀用塑料底阀或者不锈钢底阀，止回阀用抗硫不锈钢止回阀，泵房仪表用抗震抗硫仪表，泵进水管道用玻璃钢或者PPR管道，出口采用节流截止阀。

11）对泵非常规工作时的技术问题。对离心泵大幅度偏离设计工况点运行的情况，其对策为：由于变频调速改造费用较大而应用较少，一般通过出口阀门调节等非经济的形式调节离心泵工况，将离心泵排出压力控制在额定排气压力附近，防止泵的排出压力过低导致电机超负荷运转的情况，同时排出阀门建议采用节流截止阀，可以长期运行在控制流量工况下，克服闸板阀不能控制流量的弊端。

12）对泵工作介质的技术问题。由于气田水矿化度高、结垢严重、水温又非常高，很容易使泵体结垢。如某井水温高达55℃，单靠离心泵的技术手段仍不能很好地防止结垢，需要与盐水的物理化学处理等手段相结合，依靠配套工艺措施才能彻底解决结垢问题。技术对策为：针对某井的情况，气田采用添加阻垢剂的办法缓解了气田水在泵体内部结垢的问题，下一步如果能够通过循环槽大幅降低气田水进泵温度，是能够很好解决这个问题的。

3 结束语

笔者从离心泵的设计、材质、易损件、工作介质、润滑、安装、密封、运行、维护等方面分析了泵的技术特点，并针对性地制定了技术应用对策和管理建议。离心泵在安装以后的运行过程中，要注重规范作业和定期维护保修，准确判断设备故障。根据泵的使用要求及特点，及时制定管理制度、操作规程、操作指导卡，以确保离心泵的安全平稳运行。

［1］关醒凡.现代泵理论与设计［M］.北京：中国宇航出版社，2011.

［2］龚思维.不锈钢中铬在氢和氯离子作用下的腐蚀反应机理［J］. 腐蚀与防护，2017，38（11）：877-879.

［3］中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 50275-2010风机、压缩机、泵安装工程施工及验收规范［S］.北京：中国计划出版社，2011.