高華 海洋石油工程股份有限公司設(shè)計(jì)公司，天津，300451

上游泵送機(jī)械密封在海洋石油平臺(tái)的應(yīng)用

高華 海洋石油工程股份有限公司設(shè)計(jì)公司，天津，300451

我國(guó)海洋石油領(lǐng)域采用的離心式原油外輸泵多采用API PLAN53或PLAN 54的雙端面帶壓機(jī)械密封方案。近年隨著上游泵送機(jī)械密封技術(shù)及產(chǎn)品的不斷成熟，此種形式密封得以在國(guó)內(nèi)海上采油平臺(tái)應(yīng)用。本文針對(duì)上游泵送機(jī)械密封的原理及在國(guó)內(nèi)海洋石油平臺(tái)原油外輸泵上的使用情況進(jìn)行了描述，為今后此種形式密封在國(guó)內(nèi)海洋石油領(lǐng)域推廣提供了借鑒。

原油外輸泵；機(jī)械密封；上游泵送密封；UPS

引言

機(jī)械密封相對(duì)于填料密封其密封效果好，泄漏量小，壽命相對(duì)較長(zhǎng)。適用于輸送石油及化工介質(zhì)，可用于各種不同黏度、強(qiáng)腐蝕性和含顆粒的介質(zhì)。美國(guó)石油學(xué)會(huì)對(duì)石油工業(yè)、重化學(xué)工業(yè)和天然氣工業(yè)用離心泵規(guī)定：除非另有規(guī)定，應(yīng)當(dāng)裝設(shè)機(jī)械密封。對(duì)于海上石油平臺(tái)廣泛應(yīng)用的離心式原油外輸泵，因其輸送介質(zhì)為易燃易爆具有危險(xiǎn)性的原油，且要求設(shè)備連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，對(duì)其的機(jī)械密封參照API 682要求多采用PLAN 53或PLAN 54的帶壓機(jī)械密封。

PLAN 53原理為使用一個(gè)有壓的外部隔離液貯箱向密封室供送清潔液體，依靠一個(gè)內(nèi)部的泵送環(huán)來(lái)循環(huán)液體，貯箱壓力大于被密封的流程介質(zhì)壓力。PLAN54原理為使用一個(gè)有壓的外部隔離液貯箱或系統(tǒng)向密封室供送清潔液體，依靠一個(gè)外部的壓力系統(tǒng)或一臺(tái)泵來(lái)循環(huán)液體，貯箱壓力大于被密封的流程介質(zhì)壓力。

近年來(lái)隨著上游泵送機(jī)械密封技術(shù)及產(chǎn)品的不斷成熟，在國(guó)外海洋石油領(lǐng)域已經(jīng)部分替代了PLAN 53或PLAN54，陸續(xù)得以推廣使用。但國(guó)內(nèi)海洋石油領(lǐng)域還鮮有應(yīng)用。本文針對(duì)在國(guó)內(nèi)某海上平臺(tái)率先使用的上游泵送密封情況進(jìn)行介紹。

1.密封原理

上游泵送機(jī)械密封是一種可以在一定條件下實(shí)現(xiàn)密封介質(zhì)零泄漏或零溢出的新型非接觸式機(jī)械密封[1]，試驗(yàn)研究也充分證實(shí)[2～3]了上游泵送機(jī)械密封在處于非接觸狀態(tài)下保證被密封流體的零泄漏。

上游泵送密封通過(guò)在密封端面上開(kāi)一定形狀的動(dòng)壓槽，在密封運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)動(dòng)壓槽將液體從密封的低壓側(cè)泵送到高壓側(cè)，并在密封端面見(jiàn)形成一層完整的液體膜。液膜厚度一般在3um左右。由于此液膜的存在，端面間無(wú)接觸磨損，使密封的泄漏量減少。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)的常見(jiàn)動(dòng)壓槽結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括多圓葉臺(tái)階面型（a），周向雷列臺(tái)階型（b），直葉型（c），螺旋型（d）。在工程應(yīng)用中，螺旋槽型密封效果最佳，可以獲得最大端面液膜剛度[4]。

圖1 常見(jiàn)密封端面槽結(jié)構(gòu)型式

與普通的機(jī)械密封相比，由于密封摩擦副處于非接觸狀態(tài)，因此密封端面升溫少，沖洗、冷卻等輔助系統(tǒng)相應(yīng)簡(jiǎn)化，大幅降低了消耗。而且由于密封端面磨損少，使用壽命大大延長(zhǎng)。

2.應(yīng)用實(shí)例

在南海某油田項(xiàng)目中，鉆采平臺(tái)上設(shè)置有三臺(tái)原油外輸泵，流量為250m3/h，揚(yáng)程為94米，使用年限為20年。如采用API PLAN 53，需要為密封提供外部沖洗液流量為0.5m3/h，壓力為400kPaG，平臺(tái)上可供利用的沖洗液僅有淡水。而平臺(tái)上淡水儲(chǔ)備僅供于自持期間的人員使用，淡水系統(tǒng)壓力低于200kPaG。如采用API PLAN 53方案，需要在鉆采平臺(tái)上增設(shè)專用的海水淡化裝置及淡水增加泵，經(jīng)初步估算為提供三臺(tái)原油外輸泵密封需要設(shè)置的海水淡化裝置處理量約為50m3/d,加上淡水增壓泵及20年使用維護(hù)費(fèi)用，總造價(jià)約為550萬(wàn)。經(jīng)綜合分析后，決定對(duì)此原油外輸泵采用上游泵送機(jī)械密封。因密封泄漏量極低，且密封壓力由動(dòng)壓槽提供，其對(duì)淡水消耗量?jī)H為0.001m3/h，壓力為常壓即可。

圖2為采用的上游泵送機(jī)械密封系統(tǒng)原理圖，由常壓淡水儲(chǔ)液罐，淡水循環(huán)管線，上游泵送密封，液位控制儀表等組成。淡水靠重力自流至泵密封沖洗入口，經(jīng)上游泵送密封中的動(dòng)壓槽增壓后，建立起密封膜，對(duì)密封進(jìn)行冷卻及潤(rùn)滑。目前此項(xiàng)目已經(jīng)投產(chǎn)兩年，采用上游泵送機(jī)械密封的原油外輸泵運(yùn)行狀況平穩(wěn)。

3.結(jié)論

上游泵送密封，對(duì)沖洗液要求低，并且除去了昂貴的帶壓輔助系統(tǒng)，同時(shí)具有帶壓密封的安全性，密封壽命也大幅延長(zhǎng)。原油外輸泵要求長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此對(duì)于密封的性能及壽命要求也高于常規(guī)用途，加之海上平臺(tái)淡水儲(chǔ)備有限，上游泵送密封在應(yīng)用上具有較大優(yōu)勢(shì)。通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目中的成功應(yīng)用，為上游泵送密封在我國(guó)海洋石油平臺(tái)上推廣使用提供了指導(dǎo)及借鑒。

圖2 上游泵送機(jī)械密封系統(tǒng)原理圖

[1]郝木明，胡丹梅,楊惠霞，等.上游泵送機(jī)械密封的研究及開(kāi)發(fā)應(yīng)用.流體機(jī)械.2001;29（2）:13-16

[2]Tom Lai. Development of Noncontacting, Non-leaking Spiral Groove Liquid Face Seals. Lubrication Engineering,1994;50（8）：625-631

[3]郝木明，胡丹梅，郭潔，等.新型上游泵送機(jī)械密封性能研究.化工機(jī)械.2001;28.（1）:12-15

[4]彭建.上游泵送密封研究.流體機(jī)械.1998;26（2）:3-8

Application of Upstream Pumping Mechanical Seal on Offshore Oil Platform

GAO Hua (Offshore Oil Engineering Co.,LTD. Engineering Company ，Tian Jin，300452，China)

In domestic offshore oil platform, the centrifugal crude oil transport pump is most used mechanical seal API PLAN53 or PLAN 54. In recent years,with the upstream pumping mechanical seal (UPS)technology and products continues to mature, the UPS should be applied in the offshore oil platform.In this paper, the principle of the upstream pumping mechanical seals is described. And the application condition on offshore oil platform is described also.Provide a reference for the upstream pumping mechanical seal for the offshore oil fields in our country.

crude oil transport pump；mechanical seal；upstream pumping；UPS

TH136

A

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.005.018