气动隔膜泵在天然气场站的应用探讨

姚 政，田 建，谢文科，徐 昕，宋亚足，张衍梅

（中国石油长庆油田分公司第二采气厂，陕西榆林 719000）

机泵是油气田场站生产过程中必不可少的设备，而天然气场站采出水中富含甲醇和凝析油，目前主要依靠传统电动机泵进行输送转存，发生泄漏存在安全隐患和环境污染。

通过分析研究气动隔膜泵的运行原理，榆林处理厂在对低压放空系统改造的过程中选型试用气动隔膜泵，分析评价发现排液效果良好，安全可靠，并进一步对气动隔膜泵在油气田场站适用性条件做了探讨总结。

1 榆林处理厂低压放空排污改造

榆林天然气处理厂闪蒸分液罐改造之前主要依靠设备压差手动排液，采出水经溢流井自流到卸车池。闪蒸分液罐闪蒸分离出的采出水中混合有大量泥垢和固体颗粒，经常造成排污管线堵塞以及溢流井油泥沉积，需要定期对排污井和管线挖开冲洗，极大的增加了岗位劳动负荷，而且挥发性的易燃易爆介质污染环境的同时遇到明火容易发生火灾爆炸，具有较大的安全隐患。

为了满足安全环保的生产要求，针对性地进行了低压放空系统改造（见图1），重新铺设排污旁通管线，增装一台气动隔膜泵，实现了采出水的密闭排放。

图1 榆林处理厂闪蒸分液罐排污流程改造

2 气动隔膜泵选型与应用

2.1 气动隔膜泵结构和原理

气动隔膜泵以压缩空气为动力源，将压缩空气的能量转化为往复运动的动能，达到运输各种介质的目的[1，2]。主要由泵体外壳、介质进出口配管、供风系统、隔膜和配气机构共同组成（见图2）。泵的外壳是流体介质进出和压缩空气能量转化为介质动能的空间。内部构件由隔膜、球阀和连杆组成，是泵内部的运动部分，承担着对介质做工的职责。配气系统是由配气室、配气阀和消声器组成。它是隔膜泵将压缩空气能转化为动能的关键部件。

图2 气动隔膜泵结构示意图

其工作原理是：当阀芯移动到阀体一侧时，隔离室压力交换。气流分配阀阀芯由内部引导阀推动，该阀门对气流引导阀空气。活塞在隔膜冲程结束时接触隔膜板，此时引导阀执行转换动作。然后活塞把引导阀的阀芯推到一个位置上以促动气流分配阀。

2.2 气动隔膜泵选型

泵壳的材质主要包括不锈钢、塑料、铝合金等。隔膜的材质主要包括丁腈橡胶、氯丁橡胶、聚四氟乙烯等。球阀的材质主要包括不锈钢、聚四氟乙烯、丁腈橡胶等。在选泵时，需要根据输送介质的物性选择不同材质的隔膜泵。

榆林天然气处理厂闪蒸分液罐的尺寸为Φ2 000×6 000，工作压力1 MPa。主要用于低压放空天然气气液分离、采出水低压闪蒸处理等。排放介质主要为含凝析油、甲醇、污泥和固体颗粒的气田采出水，因此泵壳的材质选择为不锈钢型。由于介质较脏，腐蚀性较强，且密度较大，因此对隔膜和球阀的耐腐蚀和密封性要求较高。综合考虑，选择聚四氟乙烯材质的隔膜和不锈钢材质的球阀。其次根据排量大小、对出口压力要求和供风能力来选择隔膜泵的型号。榆林天然气处理厂闪蒸分液罐间歇性排液，且每次排量10 m3左右。综合考虑和比较之后，最终选择QBK-50型气动隔膜泵（见表1）。

表1 QBK-50型气动隔膜泵参数表

2.3 效果分析

2.3.1 运行维护强度对比分析 本着降低榆林天然气处理厂净化工的日常操作维护劳动强度，并且提升采出水系统的安全性进行此次改造。那么改造前后劳动强度对比分析是关键之处。通过对比就可以明确知道此次改造是否真正起到了降低净化工操作劳动强度的意义。

电动机泵：

起停泵：（1）需检查泵体油位；（2）需盘车；（3）需灌泵排气；（4）需操作泵的入口阀门，出口阀门和旁路阀门。

定期保养：（1）注润滑机油 1 次/半年；（2）定期检查轴套的磨损情况1次/月；（3）定期检查密封情况1次/月；（4）定期监测定子绝缘情况1次/半年。

气动隔膜泵：

启停泵：只需要操作泵的进出口阀和气源阀即可。

定期保养：定期清洗膜片和球阀即可1次/半年。

通过对比分析，可以清晰的认识到，气动隔膜泵在使用过程的维护强度远低于常规电动机泵。所以，气动隔膜泵的应用确实降低了净化工的操作劳动强度。

2.3.2 安全环保方面 对比分析改造前后榆林天然气处理厂采出水系统的安全性可知，气动隔膜泵的应用确实提高了采出水系统的安全性。降低了闪蒸分液罐排液的风险度。主要表现在以下几方面：

（1）闪蒸分液罐实现密闭排液，整个排液系统无油气挥发；

（2）以压缩空气为动力源，百分之百的能量利用，节能降耗，而且环保，当关闭出口，泵自动停机；

（3）没有动密封，无油式气压室，无需润滑，所以维修过程可以避免因泄漏导致的环境污染问题；

（4）可以空转运行，且不会有危险，低压、慢速运转，绝不卡机。

2.3.3 经济效益方面 榆林天然气处理厂采出水系统在用的常规电动机泵每台造价为2～3万元，每年用于机泵维护维修的费用约为3 300元/台。但是，经过此次对采出水系统优化改造使用的是QBK-50型气动隔膜泵，该泵的造价为8 000元/台，每年维护费用主要用在更换膜片，需要2 000元。因此，在同样满足生产条件下，气动隔膜泵的经济性远大于电动机泵。

3 气动隔膜泵适用性条件分析

3.1 气源充足，风压可调

不同于电动机泵以电力驱动，气动隔膜泵需要场站有配套的稳定气源，考虑到生产现场易燃易爆介质的因素，严禁使用压缩空气代替氮气。上游来气压力要满足设计扬程，可以通过调整空压机排气压力和减压阀开度实现。

3.2 密封性好，可用于易燃易爆场所

气动隔膜泵不会产生火花，且静电接地后又防止了静电火花。也没有动密封，无需润滑油，避免了介质泄漏或润滑油泄漏对环境污染。

3.3 设备间歇性排液，污水固体含量高

场站天然气一般要经过气液分离，采出水不断汇集在集液包，油泥沉积堵塞排污管线和液位计，正常压差排液困难，可以借助气动隔膜泵快速抽吸排液，防止积液和有毒气体挥发。实际应用中发现，长时间连续工作氮气消耗过大。

3.4 保温措施到位，防止结冰冻裂

气动隔膜泵的腔室不可避免会有积液，在低温条件下使用容易冻裂膜片，必须做好防腐保温措施，比如包裹保温层或室内使用。

4 总结

从气动隔膜泵在榆林处理厂闪蒸分液罐应用效果来看，其使用需要满足一定的条件才能充分体现在安全环保和操作维护方面的优势，如果能配合电磁阀控制气源开关则可以实现远程启停，非常适合油气田场站气液分离设备间歇性排污生产环境，在压缩空气充足的易燃易爆场所可以考虑推广使用。