污水结垢对离心泵的影响

张广滨 李颖 李玉祥 王中喜 邢河宁

摘要：陈南联合站于2009年投产，每天外输污水量5500m3/d，由多级式离心泵进行污水升压外输，在使用过程中多次发生机械密封漏水和平衡盘磨损过大，除了一部分是岗位人员不当的操作导致原因外，最大的原因是所外输的污水质导致的故障。

关键词：离心泵；结垢；平衡盘磨损

概况

陈南联合站于2009年投产，设计原油处理规模60×104t/a。目前进站液量为9000m3/d，其中污水量7400 m3/d，污水处理部分由1座2000m3污水沉降罐和1座1000m3污水外输缓冲罐组成，未建设污水处系统，分水器分水及一级沉降罐出水先进入1座2000m3污水沉降罐，再进入1座1000m3污水外输缓冲罐。其中2000m3/d用于井口回掺用水，剩余5500m3/d经污水提升泵外输至42#站进行回注。

陈南联合站现有的污水沉降罐和外输缓冲罐不能够满足《油田采出水处理设计规范》GB50428-2007的要求，水中钙、镁、锶离子含量含量非常高，还有部分浮油和油泥砂也被带入到污水系统里，对陈南站的污水提升泵造成了一定的影响。

陈南站污水提升泵初期是由3台HWDY85-45×4多级离心泵组成，排量85m3/h，扬程160m。在使用过程中，大约半年左右的时间就会发生机械密封损坏漏水，在使用一年左右就会发现泵轴向窜动量超标。刚开始我们认为是建站初期设计部门对陈南区块的产量估计不足导致泵型选择时排量偏小，导致污水泵长期处于超负荷的状态下以至于故障频发。2013年上级为我站更换了两台ADL500-640B多级离心泵，该泵排量300m3/h，扬程150m在使用了一段时间后又发生了机械密封漏水和泵轴向窜动量超标，这时就不存在污水泵超负荷的原因了，肯定是其他原因了。在对此泵的拆解维修过程中发现机械密封和轴套上面有厚厚的一层垢和油泥沙组成的污垢，这时发现平衡管里也堵满了泥垢，更为严重的是平衡盘和平衡板磨损严重需要更换。从以上可以看出是污水水质导致的污水泵的故障。

借用胜利设计院三采中心于2013年7月20日和8月27日分两次对陈南联合站6#罐的进出水进行水质检测，数据具体见表1。

由表1可见：陈南联合站6#罐出水矿化度为17177.98 mg/L，pH值为7.3，水体碱性。其成垢阳离子中，钙、镁、锶、钡离子含量分别为384.3 mg/L、139.3 mg/L、14.7 mg/L、0.0mg/L；成垢阴离子中，碳酸氢根含量为413.0mg/L，硫酸根含量231.7 mg/L；氯离子含量为9931.3 mg/L。外输水呈较高矿化度，污水腐蚀性高，具有一定的结垢趋势。碳酸盐垢是油田生产中最为常见沉积物，陈南站是稠油处理站，稠油脱水需要加热到90℃左右才能保证原油外输含水降低到1.7%以下。由于温度升高，压力降低，CO2释放使成为CaCO3解度下降并析出沉淀。陈南污水中含有钙离子含量为384.3 mg/L，如果这些盐类在加热后全部分解成为CaCO3，CaCO3的溶解度仅为为6.9×10-5mol/L，理论上每吨水中可产生1.1Kg的CaCO3结垢。还有CaSO4在38℃以下时，生成物主要是石膏，CaSO4。2H2O超过这个温度就会生产硬石膏CaSO4，有时还伴有半水硫酸钙CaSO4。1H2O。再由于陈南污水中的锶离子也比较高，所以生成的钡垢（重晶石）也较为常见。

我们知道多级离心泵的工作原理是：末级叶轮出来的带有压力的液体，经平衡板与平衡盘间的径向间隙流入平衡盘背面的水室中，使水室处于高压状态，这时平衡盘背面和泵进口的两侧压力不相等，因而也就产生了指向叶轮进口方向的轴向推力。平衡盘背面的水室有平衡管与泵的入口相连，其压力近似为泵的入口压力。这样平衡盘内外两侧压力不相等，就产生了向后的轴向平衡力。轴向平衡力的大小随轴向位移的变化、调整平衡盘与平衡板間的轴向间隙（即改变平衡盘与平衡板间水室压力）而变化，从而达到平衡的目的。平衡管内的污水流速较慢，分解产生CaCO3、CaSO4等泥垢，容易把平衡管堵塞，这个动态的平衡力被打破，只剩下指向进口的轴向力，平衡盘和平衡板也很快被磨损掉，而且带来的问题不止于此，它将导致叶轮进口与口环、叶轮与导叶、进口处的机械密封也发生摩擦、磨损导致损坏。从以上分析可以看出是污水水质导致的污水泵的故障频发。

改进方案

我们一方面向上级申请向污水中投加阻垢剂来改善水质，另一方面从操作层面上解决问题：1、经常测量平衡管的温度，平衡管的温度与出口管线温度一致，就认为平衡管是畅通的。如果温度下降或温度接近室温，即可判断平衡管已经结垢或已经发生堵塞，需要立即停泵进行清理。2、定期对机械密封和轴套拆解清理上面的泥垢，保证动环能在轴套自由的浮动。