多级离心泵降压力增排量的适应性改造

赵杰瑛

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江 524000）

0 引言

中海油某平台共有4 台五级原油外输泵，外输原油量为540 m3/h，单台外输泵额定排量为200 m3/h，正常情况下为“三用一备”。由于设计工艺状况与实际工况存在差异，该泵组存在的问题就是泵额定出口压力为4.6 MPa，但实际外输压力为2.3 MPa 左右，压差达到2300 kPa，因此造成泵出口需要通过压力调节阀减压才能满足工艺要求而造成大量能量的损失。由于只有一台备用泵组，一旦当有外输泵出现故障或者维保都会给生产带来很大压力，同时过大的压力会造成出口压力调节阀的磨损加快、增加不必要的电能损耗、单台泵输送量低等问题。而且，3 台泵运行也使维修费用、库存备件居高不下。

1 原外输泵参数

该泵为美国泵业制造商FLOWSERVE 产品，原装进口，型号为6WX-12B5，位号PUQB-P-2012；为节段式结构多级离心泵，BB4 型泵（API610），接口为上进上出，轴承为滚动轴承，自润滑，详细参数见表1。

2 多级离心泵改造理念

计划减少一级叶轮将原油外输泵由5 级泵改造为4 级泵，以降低介质出口压力。考虑到现场使用、备件准备、接口安装、零件互换等实际情况，原油外输泵的改造理念如下。

表1 多级离心泵参数表格

（1）改造前与改造后，泵的安装尺寸、各接口位置等需保证一致，确保改造后能够正常安装。

（2）改造前与改造后，泵易损件需保证一致，以确保改造前后的备件能够通用。

（3）尽可能不加工外输泵的原有零件，以保证各零件原有的完整性、功能性和可装配性。

（4）改造后，从结构上考虑在后期增加一级叶轮的可行性，叶轮从4 级变回5 级，预防后期提高介质压力的可能。

（5）改造后，泵的各项性能指标（轴承振动、温度等）满足相应标准要求。

为考虑到外输泵电机的功率负荷，工艺系统会出现波动的情况，应适当留有余量，以免触发电流过载保护，引起泵组关停。依据流量负载曲线，决定拆除一级叶轮，降低泵出口压力，降低电机部分输出功率，从而实现提高泵排量。

3 多级离心泵改造方案

该泵总共5 级叶轮，1 个首级叶轮+4 个次级叶轮，机械密封冲洗方案为自冲洗Plan11（API682），在第2 级叶轮处取液冲洗两端机封。从结构上看，该泵可依次分为出水段、4 级中段、3级中段、2 级中段、首级中段，其中：首级叶轮为保证吸入顺畅不能取消；1+2 级叶轮的压力供机械密封冲洗，2 级叶轮不能取消；5 级叶轮为末级叶轮，不能取消；只能取消第3 级或第4 级叶轮。因此选择取消第3 级叶轮，同时还要取消相应的导叶、叶轮的前后密封环、键等零件。

表2 为改造方案及相应零件明细：①在3 级中段背板上加工4-M8-6H 深9 mm 的螺纹孔，用于把紧导流套，设置导流套的目的是确保介质能够从第2 级导叶顺畅的进入原第4 级叶轮进口，从而减少级间损失，保证泵的效率；②在原第2 级叶轮和第4 级叶轮之间设置轴套，使转子部件上的各零件轴向位置尺寸不变，同时确保转子串量不变；③在2 级中段和3 级中段之间设置密封套用于安装O 形圈，确保中段与中段间的密封。取消第3 级叶轮后，也就只有4 级叶轮对介质作功，对应流量的出口压力相应地降低了约1/5。

4 多级离心泵改造后的测试

根据改造方案对原油外输泵进行测试，根据外输泵外输压力范围（正常2.5 MPa 左右），极端情况波动时为3.2 MPa。在改造厂测试泵组相关参数（水介质），并依据原油密度0.848 5 g/cm3进行换算（表3）。

表2 改造后外输泵结构及零件明细

表3 外输泵改造后测试数据（介质：常温清水）

为了进一步确保改造的外输泵理论分析与实际相一致，在完成改造的第一台外输泵在现场进行了实际测试，通过分别调节4 台外输泵出口的调节阀以及回流阀门，使测试期间各外输泵压力分别从4.52 MPa 逐步降到2.43 MPa。通过一周的稳定运行，发现实际与维修厂测试数据基本一致，随后完成了剩余3台外输泵的改造。

5 外输泵改造后效益

从实际运行数据可以获知，改造后在外输压力3.43 MPa时，单台外输泵流量为320 m3/h，因此2 台外输泵完全满足正常生产540 m3/h 左右的原油产量的外输。对于外输泵组增加了一台备用泵，提高了整个外输泵组的可靠性，节约了每年一台泵的维修费用以及大幅度降低备件的库存。

改造之前单台泵的运转电流为38 A，功率为360 kW，改造之后单台泵的电流为34 A，功率为320 kW，改造之后只运转2 台计算，共降低功率360+40+40=440 kW，每天节约电量10 560 kW·h，按照工业电价0.725 元/（kW·h），每年按照330 d 计算，节约电费250 万人民币。

本次改造让设备更好发挥潜能，也让生产更加稳定，同时给平台带来了较好经济效益，初步估计每年可以节省电费、维修费用超过300 万元，还大幅降低泵组的库存备件，减少现场维修部门的工作量，并提高了工作效率。