高压柱塞式注水泵排液阀密封失效分析

张俊 刘小龙

摘要；本文主要针对常见的“高压柱塞式注水泵排液阀密封失效严重、使用寿命较短”等问题，依据其结构特点等进行一定的理论分析、试验性研究、以及相应的改进措施，并对密封失效的原因进行探究，使密封使用寿命加以延长，从而达到注水泵长期高效平稳地运行。

关键词：高压注水式；柱塞式；排液阀密封失效；分析

引言：

以某种加氢装置的柱塞式高压注水泵为例（日本日机装公司制造的3DS-11/18.5型），流量为11t/h，往复次数是199次/分。该泵正常是将1.0MPa、40℃的脱水盐增压到16MPa送往至空冷器，柱塞密封为软填料密封。自投运以来，密封失效经常发生，使用周期短、运行不稳定，由此严重影响了生产状况。本文主要针对此问题，对失效状况进行分析，并提出相应的改进措施。

1.注水泵现状

注水泵从开始使用，随着运动次数和时间的增多，每个零件都有不同程度的老化，注水泵的工作前提和条件也发生了很大的改变。注水泵的“压力”越来越大。

首先，由于科技的发展和工业的发达，油田需要开发更多的资源，因此，这额外的工作量就加到了注水泵上，油田的注水泵承受的压力自然就会变大。注水泵的额定承受压力为31MPa，但是據了解，目前部分注水泵承受的压力达到了32MPa，超过了注水泵的额定承受压力，因此长时间处于超额工作的注水泵很容易发生安全事故。

其次，由于注水泵的单一化运动化模式，其承受压力的部位是不变的，轴承处承受着往复的压力，长期的工作使轴承等处可能产生疲劳损伤，随着时间的增加，轴承等处容易出现磨损、掉块，变形甚至是断裂的现象。

再者，随着运动次数的增加，注水泵各运动部位空隙会变大，十字头和大小头瓦都会发生磨损，且各部件间隙变大后难以恢复。间隙变大导致的后果就是泵的震动会更剧烈，导致其间隙更大，机油的温度也越高，噪声也会随之增大，这就相当于恶性循环。目前，测的曲轴箱润滑油的温度已经达到65℃。

2.柱塞式注水泵结构及工作原理

2.1柱塞式注水泵结构

这种结构的阀，在日常使用过程中，当泵的注水压力达到15MPa时开始注入污水，仅注污水的时候，阀的平均寿命大约为700小时。但是由于污水类型不一，当注入温度高或者压力大的污水时，其寿命还会缩短。在对排液阀进行改进后，改用与其结构相同的进液阀，其寿命会大大加长，大约为排液阀寿命的三倍。下面介绍进液阀与排液阀的工作原理。

2.2进液阀、排液阀的工作原理

进液阀和排液阀结构相同，当柱塞向里压缩时，泵头内的液体被挤压，当产生的压力足够大，高压液产生的压力大于排液阀上部物件形成的压力时，排液阀被开启，高压液从排液阀流出，此时排液阀流出的液体压力很大。当柱塞向外运动时泵头内的压力随之变小，当压力小于排液阀上体压力时，排液阀闭合，当进液阀上部的压力大于进液管内液体压力和泵头内压力的差值时，液体被吸入泵头。这就是阀门的进液与排液的过程及原理。

3.排液阀密封失效分析

3.1对排液阀密封失效分析的意义

由注水泵之前损坏，导致了电厂停水等一系列事故，这种损失十分巨大，有时甚至达到百万。因此找到一个合理的检验注水泵的方法降低经济损失是十分必要的，但是现在的修理手段不尽人意，只能根据电动机及泵的反常情况判断其问题所在而进行修理，但此时损失已经很大，再加之损坏后的维修费，运输部件的费用和破损零件的更换费用等等，会造成更大的经济损失。

据粗略计算，每台泵的维修费用大约为3.5万元/年。而维修期间，每天每台泵要少生产将近40吨油，价值大约为15万人民币，还有可能会造成水井堵塞或者其他情况，损失的经济会更大。

研究注水泵故障的所在具有很大的实际意义，它不仅能使注水泵可以正常的工作，不影响油的生产，而且还可以保证工人的安全，将事故发生的概率降到最低。这期间省去的各种维修费和运输费也不可小觑，从长远来看，它可以防患于未然从而避免了亡羊补牢，因此分析排液阀密封失效必然会使工厂的效益更可观。

3.2排液阀密封失效原因分析

3.2.1污水处理的重要意义

油田生产中，为了节约用水且减少污水的污染，首先会对原油脱水过程中分离的污水进行油水分离、脱氧、脱菌等处理再注回油层。尽管如此，所注水源仍然是含油污水，腐蚀、结垢、堵塞等问题仍普遍存在，其中腐蚀危害最大。

基于上述事实，当注水泵输送污水介质时，其中的矿物质、添加剂等会从密封机制中析出，降低了密封效果，其中的固体物会对密封装置造成磨损，这些都会影响注水泵的使用寿命；此外，考虑油田本身所处的地理位置（盐碱地、沼泽区），产出液特性（高矿化度）等，油田的各种金属管线、装置会因此受到腐蚀，严重会出现腐蚀穿孔，严重影响了正常的生产产量及生产规划。因此污水水质是影响排液阀密封失效的主要方面，为此对具体的失效原理阐述如下。

3.2.2排液阀密封失效的具体原因分析

在排液阀上阀体开启后，当高压液体流过上阀体与阀座形成的流道时，由于上阀体本身是锥形面，改变了高压流体的运动方向，因此形成了一定的液体阻力，高压液体对锥形密封面施以高压冲力。高压液体对锥形密封面的高压作用使密封面上沿着水流的方向形成沟槽，密封面漏水失效；注入污水时，污水本身的腐蚀性进一步加剧排液阀的损坏。因此，柱塞表面的微小腐蚀是柱塞密封失效的主要原因。

除此之外，结垢对密封也会产生负作用。污水中含钙镁离子、碳酸根离子，很容易就产生碳酸垢。当柱塞泵停运，柱塞与密封之间存有污水，水分蒸发后会留下水垢，结果会造成柱塞泵运行时硬性磨损，使密封失效。

4.排液阀密封失效的解决方案

针对上面的密封失效原因，在排液阀上阀体密封面的现房增加一个密封凸缘。那么，在排液阀上阀体开启之后，需要先上升一段距离后，高压液体才能从密封凸缘与阀座两者形成的流道经过，利用密封凸缘的下部来改变高压液体的运动方向，使高压液体不能直接冲刷到上阀体密封面，由此解决了排液阀上阀体密封面被高压液体冲刷造成的损坏，使得注水泵的寿命大大提高。

5.结论

在油田开发生产过程中，为了增加地层能量，保证油井质量、提高采油率，现在普遍采用向油层注入一定压力的高压水，其多选用柱塞泵进行注水。为了更好地开采现有的地下储油，保证日产所需的石油量，就必须保证注水泵长期、高效、持续、安全地运行。柱塞泵穗槐后如果采用更换进排液阀的方法，劳动强度高，耗资耗时，影响生产。因此，对注水泵密封失效的原因进行分析是必要的，同时针对此问题提出有效的解决方案，为此达到预防和有效解决的目的，以提高注水泵的使用寿命，提高使用效率。

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