隔膜泵在海洋油气平台中的应用

郭明乐

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东 湛江524000）

1 隔膜泵概述

隔膜泵是20世纪70年代在往复式活塞泵的基础上增加隔膜室而演变来，实现了输送介质与活塞的隔离，是一种新型输送机械，是目前较为新颖的一种泵类。

隔膜泵又称控制泵，与普通泵不同的是，它是执行器的主要类型，通过接收调节控制单元输出的控制信号，借助动力操作改变流体流量。隔膜泵一般由传动机构和隔膜缸头组成。如果按其所配传动机构使用的动力，隔膜泵可以分为气动、电动、液动3种，即以压缩空气为动力源的气动隔膜泵，以电能为动力源的电动隔膜泵和以液体介质（如压力油等）压力为动力的液动隔膜泵。隔膜泵主要在陶瓷工业、煤炭工业和油气行业等部门中用于输送泥浆、陶瓷浆等介质，并逐渐占有一席之地。

2 工作原理与结构

2.1 气动隔膜泵工作原理

以目前在施工现场使用最为普遍的气动双隔膜泵为例，在泵的2个对称工作腔中，各装有一块弹性隔膜，形成2个独立的腔室，中间轴将2块隔膜结成一体，配气阀控制每个腔室的增压，压缩空气进入配气阀后，推动一边隔膜，驱使联杆连接的2块隔膜同步运动。与此同时，另一工作腔中的气体排出泵外，到达行程终点，配气阀则自动将压缩空气切换到另一工作腔，推动隔膜朝相反方向运动，这样形成了2个隔膜的同步往复运动。每个工作腔中又设置有2个单向球阀，隔膜的往复运动造成工作腔内容积的改变，迫使2个单向球阀交替地开启和关闭，从而将液体连续吸入和排出[1]。

2.2 电动隔膜泵

电动隔膜泵与气动隔膜泵的工作原理类似，它一般是通过采用摆线针轮减速机作为传动装置，通过曲轴滑块机构带动隔膜片回往复工作，使泵腔里面的液体不断被吸进和输送，结构如图1所示。

图1电动隔膜泵

2.3 液压隔膜泵工作原理

曲柄连杆机构在电动机的驱动下带动柱塞做往复运动，柱塞的运动通过液缸内的工作液体（一般为油）而传到隔膜，使隔膜来回鼓动，隔膜泵缸头部分主要由一隔膜片将被输送的液体和工作液体分开，当隔膜片向传动机构一边运动，泵缸内工作时为负压而吸入液体，当隔膜片向另一边运动时，则排出液体。被输送的液体在泵缸内被膜片与工作液体隔开，只与泵缸、吸入阀、排出阀及膜片的泵内一侧接触，而不接触柱塞以及密封装置，这就使柱塞等重要零件完全在油介质中工作，并处于良好的工作状态，结构如图2所示。

图2液压隔膜泵

3 隔膜泵的优点

由于隔膜泵自身的独特结构，因此，具备以下主要3方面的独特优势：

1）隔膜泵由于无轴封结构，因此，将泄漏风险降到了最低，可用于易挥发和腐蚀性介质，不会造成环境污染，危害人身安全；在海洋油气平台，多用于甲醇、凝析油等介质的使用。

2）流道宽敞，无旋转部件，通过性能好，允许通过最大颗粒直径达10mm，同时，隔膜泵中的介质无剪切流动，泵自身部件磨损小的同时，对输送物损伤也较小，可输送污泥和生命体，如小鱼苗。

3）不同于离心泵，隔膜泵不需灌引水，其自吸能力强，吸程高达7m，同时，长时间干呼吸时，对泵无损坏，减少人为或环境因素对泵的影响[2]。

4 隔膜泵的日常维护

隔膜泵虽然运行稳定，但其内部结构较复杂，以同等工作能力的液压隔膜泵和离心泵对比，液压隔膜零部件数量大约是离心泵的3～4倍，可见其复杂的结构工艺水平。同时，海洋油气生产平台特殊的高盐雾、高水分环境，更是对其运行产生了极大的影响。因此，为避免设备的损坏，减少不必要的解体检修，日常维护保养尤为重要，

以海上某液压隔膜泵为例，该泵输送介质为甲醇，出口压力达到40 000kPa，处于露天环境，其作用为向水下采油树注入甲醇，防止天然气水合物的产生，因此，对生产有极大的影响，维护保养也尤为重要，应采取以下维护措施：

1）建立健全日常巡检制度，着重关注该泵运行的实际流量、振动、温度等关键指标参数，如出现异常，应及时解决。

流量异常通常应检查电机转速，传动机构，进出口管线、阀门是否有堵塞，流体介质黏度是否发生变化等，以现场实际使用情况为例，由于该泵工作介质清洁度要求极高，因此，由流量异常造成的关停情况较少。

振动数值是评估设备运行情况的重要参数，而液压隔膜泵结构类似于柱塞泵，振动主要原因为介质脉冲，因此，相较于离心泵等旋转泵类，隔膜泵自身存在振动较大的劣势，现场人员容易对故障判断产生影响，因此，设备经过一段时间的使用后，应详细记录其振动参数并生成振动曲线，掌握泵的运行状态，从而有针对性进行观察记录和进行故障判断。

2）不断进行工艺改造，提高使用可靠性。隔膜泵易损件为其中的隔膜，虽然针对不同的介质，有不同材质的隔膜相匹配，但由于其200次/min的高频鼓动和承受较高的压力，一般为安全起见，使用时间到16 000h后，会对其隔膜进行强制更换，因此，存在一定的浪费情况。而该平台所使用的隔膜泵为双膜片结构，将过去1层膜片升级为2层，增加了强度，延长使用寿命的同时，还在2片隔膜之间的压力引出，连接压力表，压力表日常压力显示为0，膜片一旦损坏，介质将流入2片膜片之间，压力表随即有显示，现场人员可及时发现故障，如若无法第一时间解决，该泵在1层膜片的状态下，依然可以进行正常工作，待现场条件允许时，随时可进行维修更换。

5 隔膜泵的应用前景

随着我国近海油气资源的日益枯竭，深海开发必然是未来的发展趋势，深海油气开发存在运输管道长，井底压力高，处理工艺复杂等特点，因此，需要更加成熟的工艺处理水平和先进设备进行技术支持，而隔膜泵所具有的不易泄漏，运行稳定，可用于甲醇、凝析油等易燃易挥发的介质，同时具备高压力和可计量的优势，填补了这一领域的空白，因此，随着我国向深水不断开进的步伐，隔膜泵的应用范围也会越来越大。