多相泵是輸送油氣多相流的關(guān)鍵設(shè)備。在多相流輸送過(guò)程中,多相泵的工作條件非常惡劣和惡劣。運(yùn)輸介質(zhì)是原油、海水、天然氣的混流。購(gòu)買的有固體沙粒,所以這是名副其實(shí)的真諦?!皻?液-固” 三相流量泵。
盡管多相混合泵技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了20多年,但由于海底結(jié)構(gòu)所涉及的自然條件復(fù)雜多變,難度大,因此仍被認(rèn)為是一項(xiàng)年輕的技術(shù)。在現(xiàn)場(chǎng)操作中,多相泵即使在海上石油井口的中等含氣量 (含氣量不超過(guò)90) 100下,也可能每天遇到持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間 (例如不超過(guò)2小時(shí)) 幾次的氣相,即它在干旋轉(zhuǎn)下運(yùn)行。此時(shí),泵的內(nèi)部動(dòng)靜部分會(huì)因干摩擦而引起高溫升高和咬合損壞,從而導(dǎo)致停機(jī),多相泵進(jìn)出口的機(jī)械密封在任何時(shí)候都直接受到非均質(zhì) (油氣) 多相流的溫差變化 (熱休克),導(dǎo)致密封端面暫時(shí)泄漏甚至密封失效。這些看似無(wú)解的技術(shù)難題,迫使各大石油公司不得不將油氣混流輸送技術(shù)的突破列入發(fā)展戰(zhàn)略。
可成功投入工業(yè)生產(chǎn)的泵主要有兩種類型: 1種是屬于同轉(zhuǎn)動(dòng)力泵的螺旋軸向多相泵,另一種是屬于容積泵的雙螺桿多相泵。這兩種不同的基本類型的多相泵各有優(yōu)缺點(diǎn),需要詳細(xì)分析。
螺旋軸流多相泵的出料流量比雙螺桿多相泵大得多,結(jié)構(gòu)緊湊; 可以在高含砂條件下運(yùn)行,對(duì)多相流中所含的固體砂不敏感,且多相流中所含固砂量 (即含砂量) 可超過(guò)5%; 含氣范圍可達(dá)10% ~ 90%,不及雙螺桿多相泵大 (可達(dá)97%);介質(zhì)的粘度范圍不如雙螺桿多相泵寬,如果介質(zhì)的粘度太大,泵的效率會(huì)急劇下降,甚至無(wú)法運(yùn)行。目前世界上排量最大的螺旋軸流多相泵,流量為3300 m/h,單機(jī)功率可達(dá)6000kW。
(1) 具有強(qiáng)制輸出氣液的特性,無(wú)論氣體含量如何變化,都可以強(qiáng)制排放,介質(zhì)的含氣量可達(dá)97%; (2) 可輸送高粘度的油氣混流,介質(zhì)的動(dòng)力粘度可在2 ~ 2000cP之間; (3) 由于主從螺桿不是相互嚙合驅(qū)動(dòng),但通過(guò)外部同步齒輪,主、從螺桿互不接觸,因而能抵抗 “干轉(zhuǎn)”,即在短時(shí)間內(nèi)輸送100% 氣體; (4) 雙螺桿多相泵具有較高的容積效率。
雙螺桿多相泵的缺點(diǎn)是: ① 介質(zhì)含砂量不如螺旋軸流多相泵大,不能超過(guò)5%; ② 目前所見(jiàn)雙螺桿多相泵的最大流量遠(yuǎn)小于螺旋軸向多相泵。根據(jù)美國(guó)Foss公司的測(cè)量,雙螺桿多相泵的最大流量?jī)H為600立方米/h(90000桶/天)。
2008年,由英國(guó)殼牌石油公司、法國(guó)道達(dá)爾公司、英國(guó)石油公司 (BP) 和巴西國(guó)家石油公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的螺旋軸流多相泵樣機(jī)達(dá)到15000kPa(150bar),相當(dāng)于1500米水柱的清水。當(dāng)入口氣體含量為50% 時(shí),這個(gè)揚(yáng)程值是一個(gè)突破,表明如果在海泵站中串聯(lián)使用兩個(gè)泵,泵可以在海底2000年 ~ 3000m的深度出油。這是現(xiàn)在世界上看到的螺旋軸流多相泵的最大揚(yáng)程 (壓差)。
德國(guó)鮑曼 (Bornemann) 泵公司新設(shè)計(jì)的雙螺桿多相泵的升程 (壓差) 為172001cPa(172bar)。這是雙螺桿多相泵研發(fā)過(guò)程中前所未有的重要里程碑,表明雙螺桿多相泵現(xiàn)在所能達(dá)到的海底產(chǎn)油深度已經(jīng)超過(guò)了螺旋軸向多相泵。
安裝在海底多相泵站的多相泵機(jī)組 (包括泵本身、海底高壓電機(jī)、高壓電氣控制系統(tǒng)等) 的重量約為20t,這表明這種海底技術(shù)非常困難。在這個(gè)海底的 “兩用泵站” 中,多相泵可以串聯(lián) (泵送3000米深) 或并聯(lián)連接。如果多相泵 (指螺旋軸流多相泵)如果排量較大,則可以并聯(lián)一個(gè)泵來(lái)服務(wù)幾個(gè)油井?,F(xiàn)在最多可以看到一個(gè)多相泵,用于四個(gè)油井泵送混合的油氣流。
在化學(xué)系統(tǒng)中酸,堿等腐蝕性介質(zhì)的設(shè)備和管道系統(tǒng)中,應(yīng)選擇所有由奧氏體不銹鋼和PTFE制成的不銹鋼針閥作為閥座密封圈。
冶金系統(tǒng),電力系統(tǒng),石化設(shè)備,城市供熱系統(tǒng)中的高溫介質(zhì)管道系統(tǒng)或裝置,可選擇金屬對(duì)金屬密封針閥。
石油、天然氣輸送線路,需要清洗管道,并需埋入地下,選用全直徑、全焊接結(jié)構(gòu)針閥; 埋入地面,選用全直徑焊接連接或法蘭連接球閥。
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