单级离心泵的提压改造

单级离心泵的提压改造

董春明 ,李世群

中海石油（中国）有限公司天津分公司 天津市 300452

摘要：离心泵是海上石油平台普遍应用的重要转动设备，为流体提供动力以满足输送物料的需要。具有结构简单、维修方便、工作可靠等优点。但随着平台运行参数的变化，往往会出现离心泵的设计压力或流量等不能满足现场的实际需求，导致因为设备的问题影响现场的生产。本文主要通过对工作现场离心泵与电机的设计参数，结合实际需要，对泵做适应性的改造，找出最佳改造方案，通过改造去满足现场的实际工况需求。

关键词：海上石油平台 离心泵 改造

前言：离心泵是海上石油平台最常用的泵类，功率应用范围覆盖0.5KW到2200KW，从单级泵到多级泵，应用在油气处理的各个流程中。随着现场工况变化，对离心泵的压力、流量等也提出了不同的要求。怎样用最少的时间及资金对离心泵做适应性改造，进而去满足流程工况要求，是现场亟需解决的难题。本文以某平台的闭排泵为例，去探讨实际应用过程中出现的问题及解决措施。

一、项目实施背景

某平台工作甲板布置有两台闭排泵，已经使用5年。基本设计参数为：功率22KW,流量25m³/h，转速2900r/min,扬程90米。该泵并联运行，正常运行状态为一用一备，泵出口连接生产管汇。随着平台产液量的逐年增加，生产管汇内部压力逐渐增大，2019年初时达到750KPa左右，投产时该值在500KPa左右。同时闭排泵出口至生产管汇进口大约有7米落差，即闭排泵出口至生产管汇的压力损失在理论上为70KPa，暂不考虑管壁摩擦力所造成的压力损失。闭排泵出口液体至生产管汇时，只有80KPa压差。压差过低导致闭排泵转液困难，只能通过憋压的方式提高泵出口压力进行转液（出口阀门开度在10%左右）。牺牲了泵的排量，导致每次转液需要2小时甚至更长时间，与现场实际需求严重不匹配。

一般离心泵常见压力提高的方法：

1、提高泵的转速。

2、增加叶轮数目及增大叶轮直径。

3、双台泵串联运行。

4、提高电机运行频率或转速。

根据现场情况：电机参数不变，频率为工频50HZ。泵转速2900r/min。泵运行时为一用一备，运行工况不变。该泵为单级离心泵，无法增加叶轮个数。叶轮直径为厂家设计的固定值，改动需重新进行计算。

二、改造方案

（1）方案1、把泵出口管线从生产管汇截断，连接到生产分离器，生产分离器压力500KPa，以达到提高压差目的。

（2）方案2、更换压力更高的泵及配套电机，以达到提高压差目的。

（3）方案3、利用现有泵和电机，利用增大叶轮直径的办法提高泵出口压力，以达到提高压差目的。

三、方案选择

（1）方案1需要通过外委施工实施，存在几方面的劣势。首先是外委施工费用较高。其次是施工作业时间不易协调，需等停产检修时方可进行作业。三是该项作业的作业周期具有不确定性，经过综合考虑最先排除该方案。

（2）方案2需要采购泵及配套电机，同时需要对泵进/出口管线进行适应性改造。该方案大约需要资金20万元人民币（2台）。费用较高，采办周期较长，施工人员不好协调等问题，该方案可作为备选方案。

（3）方案3利用现有泵和电机，通过电机功率、泵实际效率、泵的流量等参数，计算出电机最大功率时泵的最大扬程。根据现场泵体尺寸、运行数据等条件。通过计算得出电机在额定工况下可支持的最大扬程，在最大扬程时泵的叶轮直径的最大尺寸。并把叶轮直径与泵壳端面直径做匹配，确定叶轮最优直径。并做泵与电机的负荷计算，最终在确保流量不变的工况下，结合泵壳的外形尺寸，确认叶轮的直径，并采购新叶轮。此项改造所需费用低，设备改动小，人员协调容易。

四、项目改造采取的技术措施及方法

在确定增大叶轮直径的方法提高泵的扬程方案后，对增大叶轮直径从理论上核算，并计算出增大后的叶轮直径。同时跟泵厂家人员沟通匹配叶轮选型，以满足后期现场实施的需要。

（1）根据电机功率计算泵的最大扬程值：

依据电机轴功率与泵计算公式N=Q*H/367/（g* η），其中N为轴功率，单位为千瓦，Q为泵排量，该值为25m³/h，H为扬程，η为效率根据设备资料查询取0.38，代入各项数值22=25*H/367/（9.8*0.38），计算得出扬程为120.27米。即原电机在泵流量不变的情况下最高支持120.27米扬程。

（2）叶轮直径数据计算：

根据现场实际，设定扬程为120米，扬程与叶轮直径关系为： H=U2*U2/2g其中U2=π*D2*n/60，H代表扬程，D2代表叶轮直径，n为电机转速，π取3.14。通过公式计算得知，在扬程120米时， D2≈314mm，现场实际测量泵壳端盖内径为325mm，满足安装条件。

（3）泵轴功率数据计算：

叶轮直径确定后，还需要进一步校核现有电机功率能否满足改造后的需求。依据电机轴功率与泵计算公式N=Q*H/367/（g* η），其中N为轴功率，单位为千瓦，Q为泵排量，该值为25m³/h，H为扬程，该值为120米，η为效率根据设备资料查询取0.38，代入各项数值N=25*120/367/（9.8*0.38） ≈21.95KW，该值小于电机额定功率，因此现有电机可以满足需要。

配电柜的匹配调试：

根据计算电机运行时的功率为21.95KW，根据公式P=UI，P为21.95KW，U取值为380伏，计算出电流约为33.35A。配电柜内的接触器、热保护继电器等电器元件设计值满足实际需求。

改造后实际运行效果：

将计算后取得的数据反馈给泵厂家技术人员，根据厂家叶轮生产系列规范，推荐使用315mm直径的叶轮。叶轮采购单价8634元/个。到货后对闭排泵原叶轮进行更换。更换过程简便，新叶轮与泵壳尺寸匹配合适。完成叶轮更换后启机测试。测试结果：各项运行参数正常。

泵调试参数：

出口阀门开度100%时压力1100KPa，实测电机电流为32.7A。根据实际电流核算电机实际功率，根据公式P=UI，U取380，计算得出电机实际功率P=21.5KW，电机额定功率22KW，可以满足泵实际需求。根据泵运行最大负荷时的电流，测算配电柜内各电气开关等设计参数，满足改造后实际运行需求。

五、改造效果

本次闭排泵提压增效项目的成功实施，直接将闭排泵出口至生产管汇压力差提高至350KPa，有效解决了闭排转液困难的问题，彻底根除了极端工况下闭排转液低效的瓶颈问题，解决了现场生产流程存在的潜在风险。运行时出口阀开度值控制在75%，单台泵单次转液时间约为20分钟，较改造前转液运行时间降低了80%以上。大幅降低了设备运行时间的同时，设备损坏频次大幅下降，机封使用寿命由15天延长到100天，极大地降低了设备维修费。转液效率的提高，直接降低了现场操作人员的工作强度，取得了良好的综合成效。

六、成果总结

本次改造项目的成功实施并取得预期效果，得益于扎实的理论数据支撑，以及与厂家人员的多次技术沟通，使得设备改造以最低成本达到目的。该项目的实施有以下几点收获。第一是直接节约外委施工改造成本约18万元，同时年度减少备件采购费用约1万元。第二是锻炼了维修人员解决问题的攻关能力，为将来其他设备的改造提供了借鉴思路。第三是降低了生产人员的劳动强度，减少了设备的使用率，延长了设备的使用寿命，降低设备的故障率，提高了生产流程的稳定性。第四是该项改造实施成本低，推广价值高，对其他平台解决类似问题有一定的参考价值。

参考文献

牟介刚、李必祥 离心泵设计实用技术  机械工业出版社  2015.08.10