張俊 劉小龍

摘要；本文主要針對常見的“高壓柱塞式注水泵排液閥密封失效嚴重、使用壽命較短”等問題，依據(jù)其結(jié)構(gòu)特點等進行一定的理論分析、試驗性研究、以及相應的改進措施，并對密封失效的原因進行探究，使密封使用壽命加以延長，從而達到注水泵長期高效平穩(wěn)地運行。

關(guān)鍵詞：高壓注水式；柱塞式；排液閥密封失效；分析

引言：

以某種加氫裝置的柱塞式高壓注水泵為例（日本日機裝公司制造的3DS-11/18.5型），流量為11t/h，往復次數(shù)是199次/分。該泵正常是將1.0MPa、40℃的脫水鹽增壓到16MPa送往至空冷器，柱塞密封為軟填料密封。自投運以來，密封失效經(jīng)常發(fā)生，使用周期短、運行不穩(wěn)定，由此嚴重影響了生產(chǎn)狀況。本文主要針對此問題，對失效狀況進行分析，并提出相應的改進措施。

1.注水泵現(xiàn)狀

注水泵從開始使用，隨著運動次數(shù)和時間的增多，每個零件都有不同程度的老化，注水泵的工作前提和條件也發(fā)生了很大的改變。注水泵的“壓力”越來越大。

首先，由于科技的發(fā)展和工業(yè)的發(fā)達，油田需要開發(fā)更多的資源，因此，這額外的工作量就加到了注水泵上，油田的注水泵承受的壓力自然就會變大。注水泵的額定承受壓力為31MPa，但是據(jù)了解，目前部分注水泵承受的壓力達到了32MPa，超過了注水泵的額定承受壓力，因此長時間處于超額工作的注水泵很容易發(fā)生安全事故。

其次，由于注水泵的單一化運動化模式，其承受壓力的部位是不變的，軸承處承受著往復的壓力，長期的工作使軸承等處可能產(chǎn)生疲勞損傷，隨著時間的增加，軸承等處容易出現(xiàn)磨損、掉塊，變形甚至是斷裂的現(xiàn)象。

再者，隨著運動次數(shù)的增加，注水泵各運動部位空隙會變大，十字頭和大小頭瓦都會發(fā)生磨損，且各部件間隙變大后難以恢復。間隙變大導致的后果就是泵的震動會更劇烈，導致其間隙更大，機油的溫度也越高，噪聲也會隨之增大，這就相當于惡性循環(huán)。目前，測的曲軸箱潤滑油的溫度已經(jīng)達到65℃。

2.柱塞式注水泵結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1柱塞式注水泵結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)的閥，在日常使用過程中，當泵的注水壓力達到15MPa時開始注入污水，僅注污水的時候，閥的平均壽命大約為700小時。但是由于污水類型不一，當注入溫度高或者壓力大的污水時，其壽命還會縮短。在對排液閥進行改進后，改用與其結(jié)構(gòu)相同的進液閥，其壽命會大大加長，大約為排液閥壽命的三倍。下面介紹進液閥與排液閥的工作原理。

2.2進液閥、排液閥的工作原理

進液閥和排液閥結(jié)構(gòu)相同，當柱塞向里壓縮時，泵頭內(nèi)的液體被擠壓，當產(chǎn)生的壓力足夠大，高壓液產(chǎn)生的壓力大于排液閥上部物件形成的壓力時，排液閥被開啟，高壓液從排液閥流出，此時排液閥流出的液體壓力很大。當柱塞向外運動時泵頭內(nèi)的壓力隨之變小，當壓力小于排液閥上體壓力時，排液閥閉合，當進液閥上部的壓力大于進液管內(nèi)液體壓力和泵頭內(nèi)壓力的差值時，液體被吸入泵頭。這就是閥門的進液與排液的過程及原理。

3.排液閥密封失效分析

3.1對排液閥密封失效分析的意義

由注水泵之前損壞，導致了電廠停水等一系列事故，這種損失十分巨大，有時甚至達到百萬。因此找到一個合理的檢驗注水泵的方法降低經(jīng)濟損失是十分必要的，但是現(xiàn)在的修理手段不盡人意，只能根據(jù)電動機及泵的反常情況判斷其問題所在而進行修理，但此時損失已經(jīng)很大，再加之損壞后的維修費，運輸部件的費用和破損零件的更換費用等等，會造成更大的經(jīng)濟損失。

據(jù)粗略計算，每臺泵的維修費用大約為3.5萬元/年。而維修期間，每天每臺泵要少生產(chǎn)將近40噸油，價值大約為15萬人民幣，還有可能會造成水井堵塞或者其他情況，損失的經(jīng)濟會更大。

研究注水泵故障的所在具有很大的實際意義，它不僅能使注水泵可以正常的工作，不影響油的生產(chǎn)，而且還可以保證工人的安全，將事故發(fā)生的概率降到最低。這期間省去的各種維修費和運輸費也不可小覷，從長遠來看，它可以防患于未然從而避免了亡羊補牢，因此分析排液閥密封失效必然會使工廠的效益更可觀。

3.2排液閥密封失效原因分析

3.2.1污水處理的重要意義

油田生產(chǎn)中，為了節(jié)約用水且減少污水的污染，首先會對原油脫水過程中分離的污水進行油水分離、脫氧、脫菌等處理再注回油層。盡管如此，所注水源仍然是含油污水，腐蝕、結(jié)垢、堵塞等問題仍普遍存在，其中腐蝕危害最大。

基于上述事實，當注水泵輸送污水介質(zhì)時，其中的礦物質(zhì)、添加劑等會從密封機制中析出，降低了密封效果，其中的固體物會對密封裝置造成磨損，這些都會影響注水泵的使用壽命；此外，考慮油田本身所處的地理位置（鹽堿地、沼澤區(qū)），產(chǎn)出液特性（高礦化度）等，油田的各種金屬管線、裝置會因此受到腐蝕，嚴重會出現(xiàn)腐蝕穿孔，嚴重影響了正常的生產(chǎn)產(chǎn)量及生產(chǎn)規(guī)劃。因此污水水質(zhì)是影響排液閥密封失效的主要方面，為此對具體的失效原理闡述如下。

3.2.2排液閥密封失效的具體原因分析

在排液閥上閥體開啟后，當高壓液體流過上閥體與閥座形成的流道時，由于上閥體本身是錐形面，改變了高壓流體的運動方向，因此形成了一定的液體阻力，高壓液體對錐形密封面施以高壓沖力。高壓液體對錐形密封面的高壓作用使密封面上沿著水流的方向形成溝槽，密封面漏水失效；注入污水時，污水本身的腐蝕性進一步加劇排液閥的損壞。因此，柱塞表面的微小腐蝕是柱塞密封失效的主要原因。

除此之外，結(jié)垢對密封也會產(chǎn)生負作用。污水中含鈣鎂離子、碳酸根離子，很容易就產(chǎn)生碳酸垢。當柱塞泵停運，柱塞與密封之間存有污水，水分蒸發(fā)后會留下水垢，結(jié)果會造成柱塞泵運行時硬性磨損，使密封失效。

4.排液閥密封失效的解決方案

針對上面的密封失效原因，在排液閥上閥體密封面的現(xiàn)房增加一個密封凸緣。那么，在排液閥上閥體開啟之后，需要先上升一段距離后，高壓液體才能從密封凸緣與閥座兩者形成的流道經(jīng)過，利用密封凸緣的下部來改變高壓液體的運動方向，使高壓液體不能直接沖刷到上閥體密封面，由此解決了排液閥上閥體密封面被高壓液體沖刷造成的損壞，使得注水泵的壽命大大提高。

5.結(jié)論

在油田開發(fā)生產(chǎn)過程中，為了增加地層能量，保證油井質(zhì)量、提高采油率，現(xiàn)在普遍采用向油層注入一定壓力的高壓水，其多選用柱塞泵進行注水。為了更好地開采現(xiàn)有的地下儲油，保證日產(chǎn)所需的石油量，就必須保證注水泵長期、高效、持續(xù)、安全地運行。柱塞泵穗槐后如果采用更換進排液閥的方法，勞動強度高，耗資耗時，影響生產(chǎn)。因此，對注水泵密封失效的原因進行分析是必要的，同時針對此問題提出有效的解決方案，為此達到預防和有效解決的目的，以提高注水泵的使用壽命，提高使用效率。

參考文獻：

[1]高慎琴編.化工機器.北京；化學工業(yè)出版社，2001.

[2]李勝彪.寶浪油田含油污水腐蝕行為的研究.材料保護，2004（7）.

[3]周世剛，懷香.5ZB--12/42型和5D--Z15/37型往復式注水泵在油田的應用.石油礦場機械，1997（2）.

[4]王正武.現(xiàn)場分布式在線監(jiān)測系統(tǒng)在油田注水泵站中的應用.測控技術(shù)，2002（12）