永磁联轴器在油田污水外调泵中的应用

常鸣鹤（大庆石油管理局有限公司技术监督中心）

目前胜利油田孤东采油厂共有污水处理站5座和1个污水沉降处理氧化塘，设计污水处理能力148 700 m3/d，实际处理污水142 300 m3/d，污水外输管线1.15 km，污水外调线33 km，各类污水外调泵10台。胜利油田孤东采油厂提出向质量要效益，围绕“实现更有质量、更有效益、更可持续发展”的工作目标[1]，实施低效污水外调泵（离心泵）节能技术改造项目，从而达到节能降耗的目[2-3]。

1 永磁联轴器的工作原理

永磁联轴器是为满足高精度密封技术的需要，于70年代后期发展起来的一种新型联轴器。它所联接的主动、从动两轴截然分开，通过永磁体的磁力实现两传动轴之间的无接触联接，这对于机械式联轴器是无法实现的。同时永磁联轴器属于挠性联轴器，具有良好的径向轴向角向位移的补偿能力[4]。

永磁联轴器是通过永磁体的磁力将原动机与工作机联接起来的一种新型联轴器，它无需直接的机械联接，而是利用稀土永磁体之间的相互作用，利用磁场可穿透一定的空间距离和物质材料的特性，进行机械能量的传送[5]。磁力联轴器的出现，彻底解决了某些机械装置中传动密封存在的泄漏问题。这种产品广泛应用于石油化工、电镀、造纸、制药、食品、真空等行业的密封传动机械上。

第三代稀土永磁钕铁硼是当代磁体中性能最强的永磁体，它不仅具有高剩磁，高矫顽力、高磁能积、高性能价格比等特性，而且容易加工成各种尺寸，现已广泛应用于航空、航天、电子、电声、机电、仪器、仪表、天线等，医疗技术及其它需用永磁场的装置的设备中，特别适用于研制高性能、小型化、轻型化的各种换代产品。工作温度80～240℃。

钕铁硼是金属钕、铁、硼和其他微量金属元素构成的合金磁体，是目前磁性最强的稀土永磁，有着高的磁能积和良好的矫顽力。制造工艺成熟，有严格的质量保证、完善的技术服务以及十分优良的性能价格比。

2 永磁联轴器的特点

1）具有良好的密封性能。实现绝对密封该联轴器的从动部分位于机体内部，轴无需伸出机壳，取消了各式轴封装置，变动密封为静密封。

2）具有良好的缓冲吸振能力，无机械联接，减振效果好。补偿系统的位移变化，改善轴系的动力性能。

3）设备可靠性好，使用寿命长。在额定扭矩内同步旋转，无磨擦部件，无须修理，工作使用寿命长，设计寿命达30年。

4）具有良好的隔离冷、热传导功能。隔离系统与原动机之间的冷、热传导。

5）具有良好的过载保护功能。当扭矩过载时，两半联轴器（主、从动轴）产生滑脱，实现过载保护，提高了整个电动机驱动系统的可靠性，也可作为离合器使用。

6）具有良好的节电效果。安装永磁联轴器的离心泵与未安装永磁联轴器的离心泵相比，系统运行效率高出5%～10%，具有良好的节能效果。

7）具备缓冲软启动功能，避免起动时的机械冲击，延长设备使用寿命。

3 现场应用情况

孤东油田一号联合站共有3台污水外调泵（离心泵），日外调污水量达到20 000 m3以上。2018年1月对该站1#泵和2#泵实施节能技术改造，1#泵和2#泵电动机型号均为YBX3-280S-2，2台电动机额定功率均为75 kW。表1为2台污水外调泵应用口油井永磁联轴器技术措施前后效果统计对比表。

从表1中可以看出，采用永磁联轴器对2台污水外调泵实施技术改造后，1#泵有功功率下降了14.14 kW，无功功率下降了1.11 kVar，功率因数提高了0.041，机组效率上升了7.32%，日耗电量下降了341 kW时，机组单耗下降了0.02 kWh/m3，按相近工况下单耗变化值计算节电率达到11.76%；2#泵有功功率下降了13.69 kW，无功功率下降了6.6 kVar，功率因数提高了0.009，机组效率上升了3.44%，日耗电量下降了329kW时，机组单耗下降了0.02kWh/m3，按相近工况下单耗变化值计算节电率达到11.76%。

4 结论

1）提升污水外调泵的机组运行效率。2台机泵平均机组运行效率提升了5.38%，平均机组单耗下降了0.02 kWh/m3，组机运行效率得到明显提升。

2）节电效果明显。从表1中可以看出，1#泵机组日耗电量下降了341 kWh，节电率达到11.76%，2#泵机组日耗电量下降了329 kWh，节电率达到11.76%，2台机泵平均节电率达到11.76%。按照GB/T 30256—2013《节能量测量和验证技术要求泵类液体输送系统》计算，2台泵年运行时间按300天计，则1#泵机组年节电总量可达101 808 kWh，2#泵机组年节电总量可达98 068 kWh，两台泵合计年节电量可达200 376 kWh，若按0.651元/kWh电费价格计算，则可产生年节电效益13.04万元。

3）减排效益。按照节约1 kWh电能减排0.997 kg CO2，即减少0.272 kg碳排放量计算，则该技术项目实施后每年可减少碳排放量54 502.3 kg。

4）设备运行安全可靠，减少设备维修费用。设备可靠性好，使用寿命长。在额定扭矩内同步旋转，无磨擦部件，无须修理，工作使用寿命长，设计寿命达30年。具备缓冲软启动功能，避免起动时的机械冲击，延长设备使用寿命。同时，该产品还具有良好的过载保护功能，当扭矩过载时，两半联轴器（主、从动轴）产生滑脱，实现过载保护，提高了整个电动机驱动系统的可靠性，也可作为离合器使用。

5）减轻员工劳动强度。由于永磁联轴器良好的密封性能，避免了泵房跑冒滴漏问题，减轻了员工日常维护维修工作量。

表1 2台污水外调泵应用口油井永磁联轴器技术措施前后效果统计对比