潘友強

（新疆油田公司百口泉采油廠油田工藝研究所，新疆克拉瑪依 834011）

0 引言

瑪湖油田發(fā)現(xiàn)于2018 年，榮獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎，該油田為新疆油田公司原油生產(chǎn)的主戰(zhàn)場，由百口泉采油廠管轄，其高效開發(fā)對新疆油田公司具有舉足輕重的作用，目前該油田有轉(zhuǎn)油站4 座，轉(zhuǎn)油站內(nèi)的轉(zhuǎn)油泵為多級離心泵。自投產(chǎn)以來，轉(zhuǎn)油泵頻繁出現(xiàn)氣蝕問題，機泵運行時率低、完好率低，維修費用高，工人勞動強度高，給生產(chǎn)工作帶來較大影響。對氣蝕原因進(jìn)行排查，認(rèn)為引起氣蝕的主要原因有：采出液所攜帶鉆橋塞絲狀物等雜質(zhì)堵塞泵過濾器，事故流程電動閥頻繁開啟造成泵供液不足使泵轉(zhuǎn)子產(chǎn)生高溫使有限液體（油、水）氣化引起氣蝕；管輸壓力高，多臺離心泵同時運行時性能差的離心泵打出液不足，泵內(nèi)有限液體（油、水）升溫過高，氣化引起氣蝕。提出氣蝕的新機理，采取有效措施，解決轉(zhuǎn)油泵頻繁氣蝕問題，確保轉(zhuǎn)油站的平穩(wěn)運行。

1 轉(zhuǎn)油泵氣蝕的原因與機理

離心泵的氣蝕原因較常見的有液中帶氣、液位過低氣竄入液中、管道投產(chǎn)前氣沒有排放干凈、泵進(jìn)口管道有漏洞空氣被抽進(jìn)泵中、壓力過低溶解氣析出等，工人們在操作時也努力避免這方面因素的影響。技術(shù)人員對轉(zhuǎn)油泵氣蝕原因調(diào)查時發(fā)現(xiàn)新的原因，提出高溫氣化的氣蝕機理。

1.1 泵前過濾器堵塞

轉(zhuǎn)輸介質(zhì)成分復(fù)雜，油田采出液所攜帶的鉆橋塞絲狀物、泥沙、蠟塊等堵塞轉(zhuǎn)輸泵進(jìn)口過濾器，引起泵供液不足，造成泵干磨，產(chǎn)生高溫使油、水氣化引起氣蝕。鉆橋塞絲狀殘留物是新油田開發(fā)特有的產(chǎn)物，經(jīng)分析約占堵塞物的40%，是造成過濾器堵塞的主要因素。堵塞的過濾器實物如圖1 所示。

圖1 堵塞的過濾網(wǎng)和堵塞物

1.2 事故流程設(shè)計存在缺陷

泵進(jìn)口分離緩沖罐出現(xiàn)高液位時，根據(jù)自控原理離心泵電機工作頻率將自動增加，離心泵的轉(zhuǎn)速相應(yīng)增加，排量增大，液位會有所下降。由于卸油臺卸油量有時較大，當(dāng)頻率達(dá)到50 Hz時如果液位仍繼續(xù)上升到高高液位，自控事故流程上的電動閥會快速全開，緩沖罐出口液體直接流進(jìn)事故油罐，而不進(jìn)離心泵，此時泵無液可供，造成泵干磨，產(chǎn)生高溫使泵內(nèi)有限的油、水氣化引起氣蝕（圖2）。

圖2 自控事故流程

1.3 管輸壓力高、性能差的離心泵有時打不出液

以油田轉(zhuǎn)輸一號線為例，該線管徑DN250，長度25.5 km，設(shè)計輸送量250 萬噸/年，設(shè)計壓力4.0 MPa，設(shè)計最大瞬時流量300 m3/h，由多臺離心泵供液。離心泵設(shè)計揚程為480 m、500 m，排量有120 m3/h、80 m3/h，啟泵數(shù)量根據(jù)來液量確定。由于泵磨損及泵性能達(dá)不到設(shè)計指標(biāo)等原因，有的泵在運行時性能較弱。根據(jù)實際觀察當(dāng)多臺離心泵同時運行，管線回壓達(dá)到3.5 MPa時，會出現(xiàn)某臺泵打不出液問題，相當(dāng)于停了一臺泵，液輸送總量減少，管線回壓很快下降。

經(jīng)對故障泵停泵檢查，發(fā)現(xiàn)泵體溫度很高，高達(dá)140 ℃，放空時可排放出大量的氣體。這些氣體就是由于泵內(nèi)液體（油、水）在打不出去時，泵高速旋轉(zhuǎn)使其升溫過高氣化形成的。但該管線在投產(chǎn)初期，輸送量較低時（總排量在250 m3/h 以下），輸送回壓也較低，只有1.8～2.5 MPa，從未出現(xiàn)過泵打不液而氣蝕問題。

設(shè)計人員在設(shè)計轉(zhuǎn)油站的轉(zhuǎn)輸管線時是根據(jù)產(chǎn)液量的預(yù)測，通過計算確定轉(zhuǎn)輸管線的規(guī)格，一般給1.2 倍的系數(shù)。在油田開發(fā)后實際產(chǎn)液量高于預(yù)測量時或轉(zhuǎn)油站有持續(xù)的卸油時，管線的瞬時輸送量將高于設(shè)計輸送量，輸送回壓較高，部分離心泵的實際性能達(dá)不到額定狀態(tài)，就會出現(xiàn)泵打不出液問題。技術(shù)人員對131 轉(zhuǎn)油站的兩臺離心泵進(jìn)行測試，這兩臺泵為同一廠的同規(guī)格、型號的離心泵，銘牌揚程為500 m，排量80 m3/h，根據(jù)離心泵的特性曲線，理論上工頻狀態(tài)泵出口壓力在5 MPa時，兩臺泵的排量之和應(yīng)達(dá)到160 m3/h，泵出口壓力或回壓降低時，兩臺泵的排量之和應(yīng)高于160 m3/h，但實際上工頻狀態(tài)泵出口壓力在4.1 MPa 時，兩臺泵的排量之和只達(dá)到130 m3/h，可見其實際性能與理想狀態(tài)相差甚遠(yuǎn)。以理想狀態(tài)作為設(shè)計基礎(chǔ)容易導(dǎo)致建成的生產(chǎn)設(shè)施難以滿足生產(chǎn)要求。

1.4 高溫氣化的氣蝕機理

瑪湖油田轉(zhuǎn)油站所輸送的是含水輕質(zhì)原油，含水率55%～66%，原油相對密度0.80，輕組分含量較高，約占2%～3%，水的氣化溫度是100 ℃，工況條件輕組分氣化溫度是120 ℃，當(dāng)泵供液不足或打不出液時，泵內(nèi)有限液體在泵高速旋轉(zhuǎn)帶動下快速升溫超過其氣化臨界溫度，就會劇烈氣化，進(jìn)而造成泵頻繁氣蝕。

新疆油田公司某原油穩(wěn)定裝置設(shè)計進(jìn)油含水1%以內(nèi)，加熱溫度140 ℃，在一次沉降罐清罐頂油時，將較高含水（經(jīng)實測含水高達(dá)含水率6%）的原油輸送進(jìn)該原油穩(wěn)定裝置，經(jīng)高溫加熱后水快速氣化，塔底泵吸進(jìn)高溫的水蒸汽后很快氣蝕，塔液位快速升高報警，崗位工人趕到現(xiàn)場后從泵內(nèi)放出大量的蒸汽。此后在清沉降罐時就將上部的油回收至另一座沉降罐處理，杜絕了高含水油進(jìn)入原油穩(wěn)定裝置，再也沒有出現(xiàn)該問題。

2 應(yīng)對措施

2.1 采取措施，減少過濾器堵塞

關(guān)閉分離緩沖罐分離與緩沖段間的連通閥（圖3），使采出液中的顆粒物、泥沙、鉆橋塞絲狀殘留物等盡可能沉積在分離段，制定分離器、緩沖罐定期排污制度，改善離心泵供液狀況。

圖3 分離緩沖罐結(jié)構(gòu)

2.2 改造事故流程，避免泵無液可供

將事故流程上的電動閥的進(jìn)口由原來與泵進(jìn)口管線相連改為與緩沖罐直接相連，避免電動閥開啟時，轉(zhuǎn)油泵無液可供的問題發(fā)生。

2.3 控制總瞬時流量，避免轉(zhuǎn)輸線回壓過高

當(dāng)管線的長度與規(guī)格及輸送介質(zhì)確定后，管線的回壓主要與輸送量與溫度有關(guān)，根據(jù)現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)，當(dāng)溫度30 ℃總瞬時流量達(dá)到330 m3/h 時，轉(zhuǎn)輸線回壓將達(dá)到3.5 MPa，此時就很容易出現(xiàn)某臺泵打不出液問題，并且很快氣蝕。所以必須控制總瞬時流量，總瞬時流量與泵的運行數(shù)量及各泵的配套電機頻率及出口閥門開度等因素有關(guān)。技術(shù)人員將總瞬時流量與電機的頻率聯(lián)鎖起來，設(shè)定總瞬時流量達(dá)到320 m3/h 時頻率不可再增加。

2.4 增加機組運行參數(shù)監(jiān)測點，實現(xiàn)聯(lián)鎖保護(hù)

轉(zhuǎn)輸泵機組出廠時，機泵前后軸承、本體部位無連續(xù)檢測點，無機組的振動監(jiān)測，機組運行工況只能靠每小時一次的人工巡檢，不能及時發(fā)現(xiàn)異常狀況。當(dāng)泵出現(xiàn)氣蝕時泵體的溫度與振動值比正常值要高很多，如果及時發(fā)現(xiàn)立即停泵，就會避免設(shè)備事故的發(fā)生與擴大，從而將損失降至最低。為此技術(shù)人員增設(shè)機泵參數(shù)監(jiān)測點，使機泵各部溫度、振動值、過濾器前后壓差、電機電流信號遠(yuǎn)傳，出現(xiàn)異常后報警并自動聯(lián)鎖停機保護(hù)（圖4、圖5）。

圖4 機泵監(jiān)測保護(hù)技術(shù)原理

圖5 現(xiàn)場機泵監(jiān)測數(shù)據(jù)屏幕實時顯示

3 實施效果

根據(jù)原因調(diào)查與機理分析，經(jīng)采取相應(yīng)的處理措施與技術(shù)后，瑪湖油田轉(zhuǎn)油站的轉(zhuǎn)油泵氣蝕現(xiàn)象顯著減少，單泵年氣蝕由40 余次降為4 次，在發(fā)生有限氣蝕時，聯(lián)鎖保護(hù)技術(shù)發(fā)揮自動停泵作用，避免氣蝕對離心泵造成進(jìn)一步的損害。降低工人勞動強度，提高設(shè)備的完好率、運行效率以及經(jīng)濟(jì)效益，為瑪湖油田的高效開發(fā)打下基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

（1）瑪湖油田轉(zhuǎn)油泵頻繁氣蝕主要原因是高溫氣化，高溫氣化是由于泵供液不足或打不出液時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生高溫使有限的油、水氣化，從而引起氣蝕，這與一般認(rèn)識的氣蝕機理不同。

（2）設(shè)計人員在設(shè)計轉(zhuǎn)油站時應(yīng)從細(xì)節(jié)上避免泵供液不足問題的發(fā)生，尤其是新油田開發(fā)時要對鉆橋塞絲狀物有所預(yù)防；應(yīng)考慮轉(zhuǎn)油站建成后實際輸送量要比預(yù)測的產(chǎn)量要高的可能性，卸油臺的卸油量也應(yīng)考慮在內(nèi)，因此在離心泵參數(shù)（揚程、排量、功率）與管道直徑設(shè)計時應(yīng)留有較大的余量。

（3）瑪湖油田轉(zhuǎn)油站采用的機組參數(shù)監(jiān)測與保護(hù)技術(shù)有較高的可靠性，可以在同類轉(zhuǎn)油站推廣應(yīng)用。