郭 昊

（大慶油田公司華誼金鷹石油科技有限公司，黑龍江大慶 163311）

1 含油污水回收泵的演變及優(yōu)劣分析

1.1 采用臥式離心泵做回收泵

油田最早采用的是臥式離心泵做含油污水回收泵，具體工藝為含油污水回收泵房地平面與污水池底基本持平，將臥式離心泵安裝在泵房內(nèi)作為含油污水回收泵，這樣因含油污水池中的含油污水液面高于回收泵，從而使離心泵不需要自吸能力就能將含油污水吸入并輸送出去。這種方法在油田開發(fā)早期得到了廣泛的應用，但由于其本身的缺陷及油田三次采油的開展，弊端不斷顯現(xiàn)，具體表現(xiàn)在以下3 個方面。

（1）由于回收泵房地平面需要與回收水池池底在同一平面，一方面不僅增加了基建投資，另一方面回收泵房防水也是一個問題。同時，隨著油田三次采油步伐的加快，回收水池越建越大、越建越深，回收水泵房建設的難度則越來越大。并且由于北方四季環(huán)境溫差大，導致夏天泵運轉狀況好，但隨著冬天溫度的降低，污水中的污油成分凝固，導致含油污水的流動性變差，泵吸液能力下降而影響含油污水回收。

（2）由于泵房建設投資規(guī)模大，故泵房建的規(guī)模相對較小。導致泵房內(nèi)部空間狹小，同時因泵房地面較低，使用和維護起來不方便。

（3）隨著油田三次采油步伐的加快，含油污水黏度不斷提高，而離心泵自身的自吸能力差，很難將含油污水正常吸入。

1.2 用潛水泵做回收泵

隨著臥式離心泵的不適用，油田開始采用潛水泵作為回收泵。其直接將潛水泵安裝在含油污水池中，不需要單獨建泵房。由于采用潛水泵做回收泵工藝簡單，所以很快便在油田推廣開來。

但隨著潛水泵的不斷推廣，問題也隨之而來：①由于潛水泵沉沒在油池里，所以泵有故障后不能及時發(fā)現(xiàn)，同時，維修起來較困難；②因泵和電纜均在含油污水池里，存在安全隱患。近幾年，油田也發(fā)生過多起潛水泵爆炸事情；③維修成本相對較高。

1.3 用立式離心泵或立式螺桿泵做回收泵

油田還試過將立式離心泵或立式螺桿泵安裝在污油回收池頂?shù)墓に嚕鼙瞄L度、穩(wěn)定性等方面的影響，最終未成功。

1.4 用臥式單螺桿泵做回收泵

油田含油污水處理站、聯(lián)合站等屬于要害崗位且是重點防爆場所，從安全、環(huán)保、操作及維修角度考慮，含油污水回收泵應安裝在地面最適合。

2008 年，油田提出將含油污水回收泵安裝在地面的工藝方法，采用單螺桿泵做污油污水回收泵：將泵房建在污油池旁，單螺桿泵安裝在泵房內(nèi)，管線直接從泵進口延伸到含油污水池里，泵房地面不需下沉。該方法于當年冬天在污水處理站試驗，泵啟動后數(shù)秒鐘，含油污水從池里吸入到泵里并排出，泵運轉平穩(wěn)，壓力和流量顯示穩(wěn)定，試驗效果良好。隨后開始在油田逐步推廣，使用效果較為理想。泵排量也從最初的每小時幾十立方米到現(xiàn)在的每小時200 多立方米。其優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下4 點：①泵房及工藝建設投資少；②現(xiàn)場操作、維護方便；③不存在安全、環(huán)保隱患；④不會因介質(zhì)黏度的增大或環(huán)境溫度變低而吸不上液。

2 不同設備的原理分析

（1）臥式離心泵。臥式離心泵屬于葉輪式泵，依據(jù)離心力原理設計，靠高速旋轉的葉輪帶動介質(zhì)轉動并將介質(zhì)輸出,從而達到輸送目的。離心泵結構簡單、造價低、維修方便，在輸送水等低黏度介質(zhì)且無自吸要求時有很大優(yōu)勢，缺點是自吸能力差，尤其是對黏度較高的污油及含油污水，離心泵很難實現(xiàn)在地面通過管線直接將污油及含油污水吸入，所以在采用臥式離心泵做污油或含油污水回收泵時，須將泵中心高（吸入口中心高）降低到和液面一致。但這種工況施工費用高、地下空間緊湊、維修及現(xiàn)場操作不方便，且由于污油及含油污水黏度高，泵效較低，使用效果并不理想，尤其是在寒冷的冬季。

（2）臥式單螺桿泵。臥式單螺桿泵屬于回轉容積式泵，通過定子和轉子形成的一個個密封腔容積的變化，實現(xiàn)將介質(zhì)吸入，逐漸建立壓力進而將介質(zhì)輸出。單螺桿泵具有很強的吸入能力，能夠輸送黏度高的介質(zhì)。單螺桿泵安裝在地面，通過管線可以直接將污油污水池中的含油污水吸入到泵中，然后經(jīng)過泵的加壓輸送到目的地。單螺桿泵運行平穩(wěn)，噪聲低、操作簡單，因為用定子多種彈性材料制成，所以能完成高黏度流體和含有硬質(zhì)懸浮顆粒介質(zhì)或含有纖維介質(zhì)的輸送，有一般泵種所不能勝任的特點。

所以，從原理上講，臥式單螺桿泵應該是污油污水回收泵的最佳選擇。但由于螺桿泵制造技術含量高，而不同廠家的產(chǎn)品質(zhì)量又差別較大，如果產(chǎn)品質(zhì)量差、相關性能達不到現(xiàn)場要求，也會導致介質(zhì)無法吸入、泵振動、噪聲大、易損壞等故障、現(xiàn)象，所以選擇具有成熟技術和經(jīng)驗的專業(yè)廠家的螺桿泵產(chǎn)品，是現(xiàn)場實際應用能否成功的關鍵。

3 臥式單螺桿回收泵選型及維修關鍵

根據(jù)現(xiàn)場實際工況條件，選擇合適的單螺桿泵，是實際應用能否取得成功的關鍵。下面，從泵轉速、橡膠的選擇、氣蝕余量3個方面探討維修及選取合適的單螺桿泵。

3.1 轉速的選擇

單螺桿泵因為輸送較高黏度的介質(zhì)及含有顆粒的液體，其轉數(shù)的選擇較為關鍵。根據(jù)現(xiàn)場實際應用及維修經(jīng)驗，可根據(jù)下列具體情況綜合考慮。

表1 根據(jù)介質(zhì)的磨損性選擇泵轉速

表2 根據(jù)介質(zhì)黏度選擇泵轉速

根據(jù)油田含油污水的特性及近幾年的實踐經(jīng)驗看，轉速在200～360 r/min 最佳。

3.2 襯套橡膠材料的選擇

單螺桿泵襯套為橡膠制品，也是單螺桿泵的一個易損件，其性能好壞直接影響襯套的使用壽命及密封效果。一般正常情況下襯套的使用壽命為3～6 個月，如果選用不當，襯套可能從鋼管中脫落或橡膠掉塊。所以要對橡膠的基本特性及橡膠對各種不同介質(zhì)的適應性有所了解。

由于油田含油污水中存在一定量的化學藥劑及雜質(zhì)并具有一定的腐蝕性，但溫度不高，根據(jù)上表并結合現(xiàn)場使用、維修經(jīng)驗，結合橡膠特性及實際應用效果，選用丁腈橡膠即可。但是在三元復合驅區(qū)塊，因介質(zhì)中含有表活劑等則宜選用乙丙橡膠作襯套。

3.3 汽蝕余量NPSH

為了使泵能正常運行而不發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，裝置的有效汽蝕余量NPSHa需比泵的必需汽蝕余量NPSHr大，即NPSHa＞NPSHr。這一點可以從下面的模型中推導出來（圖1）。

表3 橡膠的基本特性

圖1 中，Pa，Pc，Pv分別表示A—A 液面壓力，C—C 截面壓力和液體汽化壓力，Vc表示C—C 截面液體流速；ha-i，hi—c分別表示A—A 到I—I，I—I 到C—C 截面液流的水力損失；Zc表示C—C 高出I—I 截面中心的位差，Za表示I—I 截面高出AA 液面的位差即泵的安裝高度；γ 和g 分別表示液體重度和重力加速度。

圖1 裝置模型

當NPSHa=NPSHr時，Pc=Pv，C—C 截面處產(chǎn)生汽蝕。所以，保證C—C 截面處不發(fā)生汽蝕也即泵能正常工作的條件是PSHa＞NPSHr。

當前油田含油污水池深一般在3 m，加上近2 m 的沿程損失，NPSHa一般在5 m 左右，所以，只要泵的NPSHr小于5 m 就基本上能滿足使用。同時，可以通過降低泵的轉速、安裝高度、減少進口管路中的彎頭等來改善泵的吸入性能。

4 臥式單螺桿回收泵的安裝

根據(jù)現(xiàn)場實際應用及維修情況，螺桿泵在安裝上有章可循，同樣的現(xiàn)場工況，可能會因為不同的工藝安裝方法而導致不同的結果。

（1）水平側進。正常情況下，螺桿泵可以是進口向上、水平向左或向右。由于水平進比向上進降低了管線的高度、減少了彎頭的數(shù)量，從而有效降低了沿程損失，所以在近幾年的實際應用中，設計均為水平進的安裝方式。

（2）加裝補水管線。由于是負壓起泵，所以在起泵時進口管線內(nèi)基本上沒有液體，只有空氣介質(zhì)，需將管線內(nèi)空氣排出后才能將液體介質(zhì)吸入，這樣泵存在一個干運轉時間，這是單螺桿泵需盡量避免的。為此，現(xiàn)場安裝時需從出口匯管向泵進口引一條回水管，管上安裝小閘閥，起泵前，先將閘閥打開，給泵補液。這樣一方面避免了泵的干運轉，另一方面也增強了泵的吸入能力。

（3）泵與進口管線一一對應。每條進口管線只對應一臺泵，避免進口管線互相連通，減少閥門及漏氣點。

單螺桿泵在起動前應注意以下事項：①確保進出口閥門已全部打開；②確保池中的液面已沒過進水管；③出口有能正常工作的壓力表和流量計；④起泵后要注意觀察壓力表和流量計，如果起泵10～15 s 后壓力表和流量計無變化應立即停泵，檢查原因。

5 結論

近幾年，單螺桿泵在油田含油污水回收中逐漸替代了液下泵和離心泵，取得了較好的應用效果。通過以上分析，單螺桿泵在含油污水回收中具有廣闊的應用前景。