海上平台柱塞泵优化改造

张德江

［中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452］

海上油田为保障原油处理过程中，为解决油液中对设备和管线腐蚀、结垢、胶体、悬浮颗粒含量和抑制有害细菌增生等环境条件，加入化学药剂对原油油液进行处理。这就需要柱塞泵为这些化学药剂提供动力，从而使这些化学药剂注入管线流程之中。随着海洋石油的开发及发展，常会出现原有设计不符合现场实际生产需求导致柱塞泵工作效果不理想的情况，通过对柱塞泵系统优化改造来提高化学药剂注入效率从而达到稳定注入化学药剂的效果，下面主要从三个方面进行介绍。

1 柱塞泵入口单流阀的升级改造

1.1 柱塞泵单流阀改造的背景

柱塞泵的单流阀，包括阀座、阀球、阀座垫。柱塞泵是一种往复泵，其柱塞靠泵轴的偏心转动驱动，往复运动，其吸入和排出阀都是单向阀。当柱塞向外运动时，工作腔室内的压力降低，出口阀关闭，低于进口压力时，进口球阀打开液体进入。

在日常生产过程中，由于单流阀阀座反复的开关闭合工作，阀球和阀座会反复接触，长时间的运转就会对单流阀阀球和阀座的接触面造成磨损。经过对现场柱塞泵单流阀的拆解，检查其故障原因时，现场发现单流阀阀球表面产生严重的划痕，这种现象主要是由于阀球开关闭合时，与阀座作用，产生接触而导致。

1.2 优化改造方案

经过对现场拆解柱塞泵的阀球和阀座的测量，阀球的直径为16mm，阀座直径为12mm，底部密封面的直径为10mm。虽然阀球表面由多处划痕、阀座密封面已经出现小的坑蚀，但是将阀球和阀座的密封面进行加工，去除表面的划痕，使其接触面紧密贴合，最终达到单流阀修复的目的。

对单流阀阀球的表面划痕，用1 200目的砂纸对其表面进行粗处理，然后用2 000目的砂纸对其表面进行细磨抛光，以达到阀球表面光滑无损伤的处理效果。

对单流阀阀座表面密封面的损伤，通过12.5mm的钻头对其表面进行扩孔处理，去其表面损伤、密封不严的贴合面，为保障处理后表面光滑、密封贴合，用1 200目砂纸先对其表面进行粗处理，去其表面的毛边和细小的毛刺，然后用2 000目砂纸对其进行抛光，使其表面更加光滑。

经过处理后的阀座和阀球进行组合，通过透光法观察其接触面是否完全贴合，保障其密封度。最后对单流阀进行静水压力测试，观察其在静水压力条件下，是否有明显渗漏现象。如果无明显渗漏，则处理合格，完成此次对单流阀的改造。

1.3 调整换型后效果评价

经过改造后的单流阀，进行净水压力测试，实验10min后观察，表面无明显渗漏，阀球和阀座表面贴合，无明显缝隙。将单流阀回装流程后，启泵试运转，柱塞泵压力正常，排液正常，达到了升级改造的目的，达到了理想的效果，经过柱塞泵的试运行，完全符合现场流程的需要，避免了因海上备件不足而引起的设备故障停机的事件。

经过改造后的单流阀，符合现场流程的要求，在保障设备流程稳定运行的同时，节约了维修费用，为设备改造提供了新的思路。

2 柱塞泵入口滤器的换型

2.1 柱塞泵进口滤芯改造的背景

柱塞泵进口设置有Y型滤器，用来过滤来液中的杂质，防止来液中的杂质进入泵体，堵塞进出口单流阀，对泵造成损坏。但是，在实际的现场使用过程中，由于设计的缺陷或者滤器材质与现场工况不相符等原因，最终会导致滤器堵塞、生锈等原因，造成柱塞泵进口压力不足，无法满足正常的工作需要。

2.2 柱塞泵进口滤芯改造的方案

（1）定期对滤器进行清洗，每周不少于两次。由于从生产单位运输到海上平台化学药剂罐整个过程中，包括金属管线腐蚀产生的腐蚀物会进入介质，并伴随介质进入化学药剂泵的进口。这就需要经常清理，认真清理滤器内是否有金属残渣和固体杂质，防止滤器的堵塞。

（2）需要认证核实滤器的滤芯是否会受化学药剂腐蚀，如果有腐蚀的情况，则需要重新选择滤芯的材质，防止滤芯产生的锈渣堵塞滤芯的进口，造成柱塞泵进口堵塞。

（3）柱塞泵进口滤芯改造后的评价。通过对滤芯的优化改造，切实解决了因柱塞泵入口滤器堵塞造成的故障停泵现象，使得原来设计中，不符合现场实际情况的现象得到了明显的解决，有效地防止了因滤网堵塞杂质，而造成化学药剂注入不足的情况发生。

3 化学药剂的优化研究

3.1 化学药剂优化研究的背景

海上油田生产系统需要加注破乳剂、清水剂、助滤剂、杀菌剂、阻垢剂、缓蚀剂、甲醇等多种化学药剂，在各种化学药剂的联合作用下改善原油的处理效果，随着海上油田生产工况的不断变化，使得原来的化学药剂逐渐丧失应有的药效，最终导致原油处理的处理效果下降。

3.2 化学药剂优化研究方案

针对破乳剂的加注点以及加注浓度进行实验，结合生产流程的温度影响，将破乳剂的加注点更改为上游平台，并将浓度和温度分别保持在50×10-6和80℃，同时为了提高脱水速率，加注50×10-6的清水剂BHQ-06，将原来生产污水中的细菌产生抗药性的杀菌剂BHS-03更换为杀菌剂YFSC-045。

在化学药剂的生产、储存、运输、转运，最终到海上后，由操作人员加入化学药剂罐的过程中，不断会有倒桶、运输等环节，这些环节在一定程度上都会增加杂质掺入化学药剂中的风险，使药剂中杂质增多，堵塞化学药剂泵入口滤器，甚至严重时堵塞化学药剂泵进出口单流阀，影响化学药剂泵的稳定运行。针对这种情况，结合生产一线对化学药剂药性稳定的需求，将化学药剂200L的容积桶，定制为容积为3方的化学药剂罐。将原来多桶承装，改装为一罐直接装运，并在罐底加装快速接头泄放口，全程闭环管理，减少由于转运过程对化学药剂的污染。

3.3 化学药剂及储存装置优化研究后效果评价

通过对各种化学药剂优化研究，重新确定了相关化学药剂的型号以及承装容器，有效解决了柱塞泵系统中化学药剂的选型缺乏针对性的问题和杂质较多的问题，避免了不同化学药剂间的不良化学反应，更好地发挥了各种化学药剂的药效，极大改善了油田油水处理的效果。

3.3.1 直接经济效益

化学药泵故障频率下降以后，节约了化学药剂成本、备件使用成本、维保人工费用。

（1）降低化学药剂检修过程中的损耗，化学药剂的月耗量降低了0.2m3。以破乳剂为例，单价13 000元/m3，2个月内检查的效果节约破乳剂药剂成本=13 000×0.4=5 200元，预计年度节约药剂成本19万元。

（2）通过优化药剂系统滤器清洗周期，改进化学药剂泵单流阀底座等措施，降低了设备备件使用成本，化学药剂泵一套单流阀备件价格平均为400元，改进前化学药剂泵故障频率为4.55（次/月），改进后按照计划目标化学药剂泵故障频率为2（次/月），预计年度节约=12×（4.55-2）×400=12 240元。

3.3.2 社会效益

化学药剂泵故障频率降低满足了公司节能降耗目标，提高生产工作效率。

（1）化学药剂泵故障频率降低后，生产专业的化学药剂异常下药次数降低，极大减少了员工的工作量，提高了工作效率和劳动效益，提升了油气水处理流程的稳定性和处理效果，助力油田注水水质达到企业A1级标准。

（2）在环保和员工职业健康方面，减少了员工与化学药剂直接接触的频次，降低了员工职业健康受损风险，杜绝了因化学药剂导致的地面污染和环境污染。

4 结束语

随着海洋石油的开发和发展，海洋石油生产过程中，海上平台的设备和系统对化学药剂的需要越来越严重。柱塞泵的使用，为化学药剂的注入提供了良好的动力和稳定可靠的注入平台。但是，随着生产压力日益增大，原油处理能力日益增强，对柱塞泵的稳定可靠能力也提出了更好的要求。如果不能及时保证化学药剂的注入，将会造成设备和管线堵塞，处理能力下降，进而可能导致石油生产的停产，最终影响人们日常生产生活对石油和天然气的需要。如果能够充分地利用现场的维修条件，在满足柱塞泵的运行工况的条件下，对废旧的易损件进行升级改造，使其重新能够满足设备的需要，最终能够解决海上生产一线的生产需求，这不仅可以提升现场设备完好率，而且极大节约了备件维修费用，实现了生产效益和经济效益双丰收，提高了设备备件的利用率。