高压油田注水泵研究探究和优化设计

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1、高压油田注水泵研究探究和优化设计摘要：注水是油田增产普遍采用的措施之一。高压注水泵作为注水工程主要设备，在作业过程中所处工况较其它常见机械设备更恶劣，文章通过对东河油田注水泵进行结构分析，提出优化设计，为油田解决类似问题提供一些值得借鉴的经验。关键词：往复泵；注水泵；振动剧烈；优化设计中图分类号:TH38文献标识码：A文章编号:1006-8937(2012)35-0011-02油田注水是保持油层压力、降低原油递减率的主要措施，注水泵机组是油田注水的关键设备。动一联承担着动河1油区和压哈1油区的污水处理和回注任务，水处理能力3000m3/d,目前现有柱塞式注水泵10台(具体参

2、数见表1)。近年来，由于一直不能在额定排量和压力条件下正常平稳运行，使得注水系统压力达不到原设计条件，造成部分井口因为压力不足出现欠注问题，影响注水生产，同时，泵体的老化和磨损的加剧，泵的可靠性和性能也呈下降趋势，其维护成本及工作量也在逐年增加。动一联高压注水泵使用过程中的问题表现有性能参数达不到额定值、易损件寿命低、振动剧烈、辅助配件刺漏及开裂。1高压注水泵问题原因分析1.1注水泵性能参数达不到额定值动一联注水系统主力注水泵TD-8060设计出口压力40MPa,流量38.75m3/h,目前实际运行出口压力30MPa,实际流量30m3/h,由于不能在额定排量和压力条件下正常

3、平稳运行，导致注水井欠注明显，同时注水泵填料泄漏量大，流量波动大且小于额定值（根据2012年4月9日数据详细欠注参数见表2）。实际上往复泵所排出液体的体积要比理论上计算的体积要小，往复泵在单位时间内所排出液体的量称为实际流量，用Q表不oQ二aQth式中a为流量系数。流量系数a的变化范围很大，实际流量和理论流量差别的原因包括以下几个方面：①由于排出阀和吸入阀开闭的迟缓所引起的。当柱塞在吸入行程终了时，吸入阀处于开启状态，排出阀处于关闭状态，而当柱塞开始作排出行程时，液缸体内的压力增加，但这时吸入阀并末及时关闭，有部分液体从液缸回到吸入管中。同样，在排出行程终了和吸入行程开始时

4、，排出阀没有及时关闭，有部分液体从排出管路经排出阀漏回液缸体中。②排出阀（吸入阀）、柱塞和拉杆和填料箱的不严密引起的泄漏。随着所输送压力增加，在各相对运动的间隙处和不严密处的泄漏增加，从而引起实际流量的减少。①在吸入管路中压力降低时，从吸入液体中分离出溶解在液体中的气体，以及少量空气通过吸入管路、填料箱等不严密处进入液缸体内，形成空气囊在吸入行程中膨胀，在排出行程时被压缩，因而减少了流量。②当往复泵的工作压力较高时，就不能忽略液体的压缩性。当工作压力过高，液缸内进入气体或在吸入过程中从液体中析出的气体，这些气体在排出过程中被压缩，在吸入过程中膨胀，从而减小了吸入液体的体积，

5、使流量系数减小，减少了流量1.2注水泵易损件寿命低动一联注水泵易损件主要包括柱塞、填料和阀组等。寿命低主要表现为对高矿化度的污水适应性差，易损件腐蚀严重，降低了密封效果，使注水泵的泄漏增加，使用寿命周期较短，在东一联实际应用中易损件的使用寿命在1000h以下。由于动一联所注污水具有矿化度高、C1-髙、PH值低（详细数据见表3）的特点，对材质腐蚀影响比较大。因此，泵的性能参数不能持续满足额定性能，除了受泵本身加工装配精度和结构上的原因影响外，污水水质是易损件寿命低的主要原因。原因大致归结为以下三个方面：①溶解氧在高矿化度的水中，溶解氧在腐蚀过程中起着阴极去极化作用，激化污水对

6、钢铁的腐蚀。①可能存在的硫酸盐还原菌和硫化氢污水中含有大量的硫酸盐还原菌，其对钢铁的局部腐蚀产生较大的影响。②高浓度氯离子的存在会造成过流部件的腐蚀，氯离子的腐蚀主要表现为点蚀、电化学腐蚀和应力腐蚀，在介质温度超过6（TC的工况下，腐蚀更为明显。尤其是对于Cr■钢（包括奥氏体不锈钢），一般不具备耐氯离子腐蚀的能力。1.3注水泵振动剧烈对于多缸柱塞泵，振动的问题难以避免，其振动必须控制在一定的范围内，否则，由于排出管路和管径较小、管路较长、系统中没有足够大的背压时，可能因惯性水头过大而冲开泵阀造成实际流量大于理论流量的所谓“过流量现象”，对人员健康、设备安全、环境质量都会产生

7、不利影响。东一联注水泵出口压力高达30MPa,剧烈振动往往容易导致注水泵辅助配件损坏、管线焊缝刺漏。根据最新振动测验结果显示，注水泵最高振幅数值达64.696umo往复泵由于结构及工作特点必然产生流量和压力的脉动，而压力脉动是无法避免的振动源，在振动源影响下造成的注水泵振动问题，总结起来主要有以下几点原因：①泵基厚度达不到减振要求，导致泵体与泵基的振动都超标。①注水泵泵出口减振空气室（氮气包）减振效果差，但因泵出口弯头斜度太大，高压流体冲击产生振动；泵进出口管线支撑件结构设计不合理，只限制了管线的下振幅，对管线上振