4.3 原油泵输
4.3.1 原油泵输主要包括油、气、水混输,含水原油的输送和净化原油的输送。输油的选择需根据输送介质的黏度、含气量、固体颗粒含量等特性确定,同时还需要考虑泵的流量、扬程等工艺要求。
4.3.2 设计液量为考虑原油产量高峰、不均衡系数和原油含水率的日最大液量。取工作泵的总流量为设计液量即可满足正常生产要求,可以不再考虑其他裕量。实际上由于受泵型的限制,工作泵的流量往往会稍大于设计输液量。根据各油田对输油泵的长期使用经验,工作泵中间流量与设计输液量的比值在1~1.23之间。
考虑到工艺设计中管路系统(包括设备)压力降计算比较复杂,局部阻力计算与实际有一定出入,压降计算中的一些参数(如含水油黏度)变化范围较大,对计算结果有一定影响。另外,还有管道结蜡、沉砂、结垢等因素的影响。泵的扬程需要留有适当的裕量。根据油田的具体情况,提出所选泵的扬程应为系统计算总水头的1.05倍~1.20倍。
4.3.3 目前油、气、水混输在各油田都有一些应用,油气混输泵除要满足水力机械的要求外,还应对气液流量的变化有很强的适应能力,现场试验表明,泵进口气液混合物的气液比例极不均匀,气液常交替流过泵体,因此,要求泵具有抗“干转”(即泵内100%气体)性能,常要求混输泵具有20min的“干转”能力。未经处理的油气水混合物比较脏,除水以外,还含有一定量的砂子等固体杂质,因此混输泵必须抗磨、抗蚀。
目前国内双螺杆混输泵最高适用流量1100m3/h~2000m3/h,长期稳定运行最大入口含气率85%~98%;国内单螺杆混输泵最高适用流量200m3/h~1000m3/h,长期稳定运行最大入口含气率75%~95%;建议选用时根据供货商提供的具体技术性能指标确定。
4.3.4 我国的油田,除稠油外几乎全部采用离心泵输油。离心泵的优点是结构简单、体积小、价格便宜、工作可靠,故障少,便于维修,流量均匀,流量和扬程范围大。缺点是输送高黏原油时性能显著下降。效率换算系数0.45是离心泵工作范围的下限。当效率换算系数小于0.45时,使用离心泵已很不经济,泵吸入性能明显降低,泵运行不安全因素增大。离心泵工作的适宜范围是效率换算系数大于0.7。当换算系数为0.45~0.7时,在泵输系统有效汽蚀裕量允许的前提条件下,泵的选型还应考虑设备费、动力费、维护费等因素,通过技术经济对比分析确定。考虑介质黏度因素确定泵类型时,可通过查询输送黏性介质时的有关泵的性能图表确定。由于离心泵输送高黏度原油时性能显著下降,所以国内油田普遍采用容积泵输送稠油。
4.3.5 “稠油输送泵的总流量宜按设计液量的1.1倍~1.2倍确定,出口压力宜按输油系统计算总水头的1.1倍~1.2倍确定”。这里的总流量是指各工作泵的排量之和。本规定考虑了稠油热采的特点。在蒸汽吞吐期采油期间,各周期产油量以及同一周期开井时间不同时,产量的变化幅度很大,对胜利、辽河、河南以及新疆等油田调查了解到,某些稠油油田实际的液量为设计液量的1.2倍~1.5倍。
4.3.6 在确定泵的台数时,主要考虑两个因素:一是适应输液量的变化,二是尽量提高泵效。
对于采用注水开发的油田,初期液量和后期液量一般相差较大。特别是投产液量低于设计油量时,初期输油量仅为设计液量的1/3左右。如果设计只考虑一台泵工作,因初期油量太小不能连续运行,使生产管理困难又浪费动力。接转站设3台泵,刚投产时一台运行,到后期2台泵运行,就可以较好地适应接转站液量的变化,保证连续运行并节省电耗。
在满足工艺要求,适应液量变化的情况下,泵的工作台数应尽量少,以提高输送效率。无特殊情况(例如受泵的选型限制),相同功能的泵,操作台数不应多于3台。
在调查中了解到并联运行的泵,有时出现吸入流量不匹配,不均衡,有吸不上液的情况。本次特提出“应考虑吸入管流量的分配和泵吸入性能的匹配”。
4.3.9 在管道施工中,有时发现管道内遗留棉纱、手套、草袋等物。清管时,清除物中还有石块、木棍。另外,在生产过程中发现有胶皮、烂草、树叶等进入油罐中。鉴于上述情况,为保护泵安全运行,有必要在泵前设过滤器。
各种泵对输送介质中所含杂质的要求是不同的。离心泵流道较宽阔,运动件没有啮合面,比较小的碎片不会对离心泵造成危害。因此离心泵的过滤器可采用较稀的滤网,大庆油田采用3目~10目,国内炼油厂离心泵用过滤器采用6目。
由于离心泵用过滤器网眼大,阻力小,实践证明可以采用较小的过滤面积。胜利油田过滤器滤网流通面积一般为3倍~4倍吸入管截面积。根据以上情况,规定滤网开孔面积一般为吸入管截面积的3倍~4倍。实际选用时,大型泵可选用低值,小泵宜选用高值。
4.3.10 离心泵出口设止回阀是为了防止介质倒流,造成泵的叶轮损坏。容积泵出口设旁路回流阀相当于安全阀的旁通阀,作用是容积泵的部分流量通过回流阀来进行回流,以达到调节出口压力的目的。回流阀开度越大,输送流量越低,压力越低。
4.3.11 容积泵与离心泵不同,在操作不当(如:出口管路未打开就启泵)的情况下,可能使出口管路出现超压,造成系统的损坏,故应在靠近泵出口的管段上安装安全阀。本条为强制性条文,必须严格执行。
4.3.12 安全阀入口管道应设在泵出口与切断阀之间,安全阀出口管道应接至泵进口与切断阀之间的管道。有的安全阀的泄放端是直接引到了泵房外,既不安全也不环保,因此本条特提出“安全阀的泄放端管段宜与泵的入口端管段连接”。
4.3.13 油田泵站一般地势比较平坦,为不加大罐基础工程量又满足灌泵要求,依场区地势,一般是使罐底标高高于泵房地坪0.5m以上,罐内低液位高于泵中心一般仅1m。为了使泵有较好的吸入条件,需限制吸入管流速,以减少吸入管路摩阻。考虑到泵站扩建时更换管道的实际困难,泵吸入管道设计流速宜稍低一些。但流速太低时,水力坡降的减少(绝对值)已不明显。一般为排出管流速的1/2。
在管内流速相同时,管径增加,水力坡降将减小,所以输量大时可以采用较高的流速,而输量小时则应采用较低的流速。
对于管径在DN150~DN700范围内的泵吸入管道,液体流速宜为0.6m/s~1.0m/s。泵站规模较小,原油黏度较高,泵的吸入性能较差,油罐同泵房高差较小时,应采用较低的流速。反之,可采用较高的流速。有的油田泵入口的流速不大于0.8m/s,有的油田在0.5m/s左右。
站内泵排出管道流速,一般是等于或稍低于站外管道流速。目前各油田普遍采用的流速范围为1m/s~2m/s。
稠油泵的进出口流速均更低,辽河、新疆、胜利等油田工艺设计的经验参数为:进口支管流速一般为0.4m/s~0.6m/s,干管流速一般为0.3m/s~0.5m/s;排出口支管流速一般为1.0m/s~1.5m/s,干管流速一般为0.8m/s~1.2m/s。
因此,本条规定的泵进出口流速是在综合了普通原油泵(离心泵)和稠油泵(容积泵)进出口流速经验数据的基础上提出的。
4.3.14 由于目前国内生产的油气混输泵不同产品的进、出口管道允许流速差异较大,规范编制中确定了较宽的进、出口管道流速范围,在实际确定管径时,可根据管道工艺布置、外输管道的管径适当调整。
混输泵入口压力过低时,容易抽空、产生振动,并损坏机械密封,通常混输泵运行吸入压力不低于0.2MPa。
4.3.15 当输油泵采用离心泵时,根据经验,泵吸入管与排出管内径应符合如下要求:
(1)排出管内径应大于或等于泵的排出口内径;
(2)吸入管内径应至少比泵进口内径大一级。
4.3.16 缓冲罐的作用,一是在正常生产状态下,将液面控制在一定范围内,实现密闭集输;二是在输油泵突然停运或来油突然全部中断的情况下,提供一个判断和排除故障的时间,防止原油进入气管道或输油泵抽空;三是利用正常缓冲容积,减少油流的不均衡性,以改善原油处理装置的工作条件,如原油稳定装置的进料泵缓冲罐、原油脱水站的脱水泵缓冲罐。
按照上述缓冲罐的作用,其缓冲容积应由三部分组成。第一部分是正常生产缓冲容积,即控制高、低液位之间的容积,其作用是将液面控制在一定范围内,实现密闭集输,并在一定程度上减小油流的不均衡性;第二部分是上部缓冲容积,即允许最高液位与控制高液位之间的容积,其作用是在密闭输送装置的输油泵突然停运时,提供一个倒换流程或采取其他应急措施的时间,防止原油进入气管道;第三部分是下部缓冲容积,即控制低液位与允许最低液位之间的容积,其作用是在来油中断时,提供停泵操作的时间,防止输油泵抽空。由于大多数情况上部缓冲容积应大于下部缓冲容积,因此正常生产的缓冲容积一般位于缓冲罐的下半部或中间偏下部。
影响缓冲时间的因素较多,如进出物料的不平衡程度,液面自动控制水平,由密闭流程切换为开式流程的难易程度(如开关阀的个数和大小,阀门是手动或是气动和电动,操作阀门是集中还是分散等)。因此,只能按照密闭输油运行的经验,提出一个缓冲时间范围,在进行工程设计时,应按照具体情况,确定合理的缓冲时间。一般地说,进出液量不平衡严重,液面自动控制程度较差,切换流程比较困难者,宜采用较大的缓冲时间,反之可采用较小的缓冲时间。
考虑到流程切换和液位控制的技术水平,提出密闭输油装置的总缓冲时间一般仍为10min~20min。特殊情况(如:来液不均衡,液量较小,泵型较小或泵型难选,地处偏远,地形复杂,难以管理等)的缓冲时间一般可以按30min左右设计。考虑到稠油泵输的实际情况,稠油泵输缓冲罐的缓冲时间仍规定为20min~40min。
4.3.18 一般情况下,功率为40kW以上的电机采用变频调速器比较经济合理。
4.3.21 泵或电动机(驱动装置)的重量超过1000kg或台数较多时,泵房或泵棚内宜设检修用的起重设备。