外输泵并列运行中的偏流问题分析与对策

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  一、运行现状
  中心三号平台位于埕岛油田中心区块于是一座集油气处理与外输、变配电、污水处理与外输、注水、海上生产自动化监控、生活保障等多功能于一体的大型综合性海上平台。现有4台原油外输泵,位于生产平台底层甲板,其中1#、2#、3#为双级、单吸、轴向中开离心泵,额定排量为300m3/h,4#为双螺杆混输泵,额定排量为200m3/h。目前平台全天外输液量在17500 m3左右(约730m3/h),出于节能考虑,平台采用“2+1”的组合方式运行,即2台离心泵与1台混输泵组合运行。
  生产运行中我们发现,1#、2#、3#离心泵中任意两台进行组合并列运行时,在相同频率和泵压的情况下,各自的运行电流、功率、排量均存在较大差异,供液存在较严重的“偏流”现象。
  二、原因分析
  偏流现象,是指流体由汇管流经分支管道时,因分支管道内部阻力不同,引起的管道内流体流量不同的现象,管道内部阻力越大,流经的流量就越少,反之越多。
  偏流程度取决于管道的管径差异及管道的布局,就中心三号平台而言,4台外输泵进出口管径并无差异,因4#混输泵的型号、额定排量等参数与其他离心泵不同,为方便问题的分析,本文将排除混输泵的干扰因素和离心泵自身泵况因素,分析离心泵在静态时管道布局对偏流的影响。
  (一)管道布局
  目前平台来液经两台分离缓冲罐出口进入汇管,通过3台离心泵增压后,出口汇管外输至海三联合站,其管道布局如图1所示。
  图1:管道布局图(Z型) 图2:管道布局图(U型)
  (二)建立模型
  常规管道布局方式有对称型、Z型(图1)、U型(图2),平台采用的Z型布置,为了方便比较,我们建立两种布局方式进行对比分析(图1和图2)。
  假设:进口管汇截面积为Sa,出口管汇截面积为Sb,介质密度为ρ,1#至3#均为设计参数相同的离心泵,单位流量介质从进口汇管进入,从出口汇管流出,通过计算点1至点6处的流体线速度Cf、质量m、动能和位能,得出离心泵进出口的位能差公式。
  (三)模型应用
  平台离心泵进口管线通径为12寸,出口管线通径为10寸,设单位截面积为S0,S=πS0,则Sa=36S,Sb=25S,代入表位能差计算公式后得到相关数据如表1所示:
  离心泵进出口两端的位能差直接影响介质通过离心泵的流量,若离心泵在同种介质下的阻力相等,则由于进出口位能差不同,导致流量不同,位能差大的流量就大,反之则小,从而发生偏流现象。
  从表1可以看出,U型布置较Z型布置位能差较小,发生偏流的幅度较小。
  从现场实际应用来看,2#离心泵与其他离心泵组合时经常出现抽空、气蚀等现象,且泵效及排量也不及其他离心泵,与3台离心泵进出口管線采用Z型布置,導致2#离心泵位能差与其他离心泵相比偏小有密切关系。
  三、建议及对策
  (一)优化布局
  从上述分析来看,外输泵进出口管线采用Z型布局是造成偏流现象的主要原因,为减小偏流,采用完全对称布局为最佳选择,其次是采用U型布局。由于受海上特殊环境及空间的限制,对现有流程布局进行改造难度较大,在今后类似并列运行的设备流程布局设计时,应尽可能地提前考虑不同的管线布局对偏流的影响。
  (二)改变管径
  在现有管线布局的基础上,可以考虑通过改变管线通径,尽可能地消除位能差异的影响,针对2#离心泵而言,可以增大泵进口管线通径或减小泵出口管线通径,以达到增大2#离心泵进出口位能差的目的,从而减小偏流。
  (三)调控措施
  鉴于2#离心泵在与其他离心泵组合时发生抽空、气蚀现象(相同频率情况下),一是通过频率调控,适当增大2#离心泵的频率或降低其他离心泵的频率;二是通过泵压调控,适当降低2#离心泵的泵压或增大其他离心泵的泵压,使其排量、功率、电流等参数与其他离心泵基本一致,控制偏流效果十分明显。
  四、结束语
  多台设备并列运行时,管道布局不均,是造成偏流现象的主要原因,在管道布局设计时,应优先考虑完全对称布局或是U型布局,尽量避免Z型布局,在管道布局已经确定的情况下,可以采用改变进出口流程管径的方式,尽可能地消除位能差异,已经施工完成的管道布局和管径,可以采用其他调控措施实现偏流的控制。
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