HPGS系列磁力泵在輸油管道中應用及故障分析

2024年2月20日發(作者：描寫時間快的句子)

第8期

- 55 -HPGS系列磁力泵在輸油管道中應用及故障分析王永剛，黃軍本，郭厚隆，李世奇（中石油西部管道甘肅輸油氣分公司， 甘肅 蘭州 730000）[摘 要] 簡要介紹了HPGS磁力泵的特性及輸油管道中的應用情況，對磁力泵在運行過程中的常見和致命性故障進行了分析，給出了解決措施，為該型號磁力泵的運行維護提供了借鑒。[關鍵詞] 磁力泵；輸油管道；故障；解決措施在油品長輸管道工藝系統中，一般按每隔50-100km的輸送距離設置一個加壓泵站，為管道油品加壓，同時每個泵站進口管線上至少要設置一套油品密度計撬座，實時監測上一站至本站的油品密度。英國HMD公司生產的HPGS 1X1X5 CA1無泄漏磁力泵安裝在輸油站進口處的密度計撬座裝置中，正常運行壓力在10MPa左右，屬于高壓泵，主要作用是為在線密度計持續泵給高于入站壓力的輸送油品，以便實時進行油品密度檢測比對，保證輸送油品準確計量交接。密度計撬座工藝流程圖詳見圖1。1 磁力泵原理1.1 磁力泵特點及結構HPGS 1X1X5CA1無泄漏磁力驅動泵（簡稱磁力泵）是將永磁聯軸的工作原理應用于離心泵的新產品，該磁力泵具有設計合理、工藝先進、全密封、無泄漏、耐腐蝕等特點。磁力泵由泵、磁力傳動器、電動機三部分組成，如圖2所示。關鍵部件磁力傳動器由外磁轉子、內磁轉子及不導磁的隔離套組成。磁力泵是根據永磁體的特性“同極相斥、異極相吸”的原理，利用永磁體的磁力傳動實現扭矩無接觸傳遞的一種新型泵，由電機帶動外磁轉子總成旋轉，通過磁場的作用，磁力線穿過隔離套帶動內磁轉子總成和葉輪同步旋轉。由于介質封閉在靜止的隔離套內，從而達到無泄漏抽送介質的目的，徹底解決了機械傳動泵的軸封泄漏問題，消除了煉油化工行業易燃、易爆、有毒、有害介質通過泵密封泄漏的安全隱患。圖1 輸油站密度計撬座流程圖圖2 磁力泵結構圖作者簡介：王永剛（1979—），男，2003年畢業于蘭州理工大學，工程師，現從事石油天然氣管道工程建設、設備運維方面的工作。

- 56 -技術交流石油和化工設備2019年第22卷1.2 密度計撬座用磁力泵和油品輸送同步運行，為密度計不間斷供給高于管道油品輸送壓力的油品（10MPa左右），具有耐高壓、連續不間斷運行等特點，對磁力泵的穩定性要求很高。密度計撬座磁力泵性能參數如表1。表1 HPGS 1X1X5 CA1磁力泵性能參數名稱型號過程聯接流量揚程電機功率材質參數HPGS 1X1X5 CA11” ANSI Class600 RF法蘭3m/h12m1.5kW3名稱轉速電機防爆等級防護等級絕緣等級供電參數2900rpmEExd IIBT4IP55F三相三線制380V AC.50Hz泵體、葉輪及法蘭：316SS；壓力殼：鈦合金；軸承：炭化硅2 常見及極端故障及解決措施2.1 磁力泵發生汽蝕2.1.1 氣蝕產生的原因分析氣蝕現象（或汽蝕現象）指流體在高速流動和壓力變化條件下，與流體接觸的金屬表面上發生洞穴狀腐蝕破壞的現象。當葉輪入口處壓強下降至被送液體在工作溫度下的飽和蒸汽壓時，液體將會發生部分汽化，生成的氣泡將隨液體從低壓區進入高壓區，在高壓區氣泡急劇收縮、凝結，其周圍的液體以極高的速度沖向原氣泡所占空間，產生高強度的沖擊波，沖擊葉輪和泵殼，發生噪音引起震動。即產生氣蝕現象的本質原因是入口壓力小于流體輸送溫度下的飽和蒸汽壓。由于長期受到沖擊力反復作用以及液體中微量溶解氧的化學腐蝕作用，葉輪局部表面出現斑痕和裂紋甚至成海綿狀損壞。氣蝕現象主要發生在葉輪外緣葉片及蓋板、渦殼或導輪處，不會發生在葉片進口處。2.1.2 氣蝕解決措施針對故障，發生汽蝕時應馬上停泵，避免嚴重汽蝕工況應從解決以下原因入手：首先，針對泵起泵前未完全充滿液體，要從磁力泵出口高點排放泵腔所有的蒸汽或空氣。其次，針對吸入管線堵塞，要及時清理、檢查泵前過濾器和閥門，保證裝置汽蝕余量NPSHa大于泵必需汽蝕余量NPSHr。對于新投運的裝置，磁力泵的泵入口濾網容易被管道中的鐵銹等雜質堵住，當泵入口濾網被堵住1/3及以上時，應及時清理濾網，防止泵長時間低于最小流量運行。新裝置投運的半個月內，磁力泵入口濾網建議隔幾天清洗一次，隨后清洗頻率可逐漸降低。2.2 泵干轉2.2.1 泵干轉的危害磁力泵干運轉，這是造成磁力泵軸承損壞的原因之一。泵干轉最容易損壞軸承和磁鋼，通用的磁力泵不允許泵干運轉，因為磁力泵的內部冷卻可以讓磁渦流熱被帶走以及滑動軸承的冷卻、潤滑。當內、外磁轉子在同步轉動時，產生的磁力線切割靜止的隔離套，產生大量的磁渦流熱。如果磁渦流熱不被帶走，產生的高溫導致內、外磁轉子消磁，電機雖然轉動，但不能輸出介質。2.2.2 干轉解決措施本型號的磁力泵，其聯軸器箱體上設計有隔離套溫度檢測孔，可在此孔中安裝匹配的溫度探頭和傳感器，將溫度信號遠傳至總控系統，實時監測隔離套溫度，一旦溫度達到高報值，則說明磁力泵在干轉，系統自動報警并停泵。可有效避免轉子退磁。2.3 泵體運行溫度持續升高2.3.1 泵體運行溫度持續升高的危害泵體溫度在運行過程中持續升高，說明泵運行時軸承產生的熱量和內外磁環產生的渦流熱沒有被流體帶走或軸承損壞，這將導致該泵消磁或嚴重損壞泵葉輪、軸承座等主要部件[1]。2.3.2 解決措施過濾器堵塞將會截流管道液體，導致泵運行產生的熱量無法被帶走。檢查過濾器是否被堵塞，往往是解決這一問題的關鍵因素，可以優先

第8期 王永剛等 HPGS系列磁力泵在輸油管道中應用及故障分析- 57 -確認。若過濾器未被堵塞，就需要拆卸泵，檢查軸承是否完好以及軸承座、葉輪等部件是否有摩擦現象，安裝的間隙等是否合適。2.4 泵傳動部件安裝間隙不當2.4.1 安裝間隙不當的危害磁力泵傳動部件安裝間隙不當，泵內各處定位尺寸出現偏差，是導致磁力泵運行后滑動軸承磨損的主要原因。2.4.2 間隙不當解決措施該型號磁力泵傳動部件安裝時，應嚴格按照以下要求進行組裝調試[2]。2.5 磁力泵極端故障2.5.1 極端故障現象及原因2016年，用于成品油管線上的該型磁力泵在運行時（壓力8MPa），突然爆噴，情況非常危險，在這種情況下極易發生著火、爆炸。（1）排查確認過程①排查確認密度計撬座除磁力泵外，其它各連接處是否有漏油現象。經確認，其它各連接處無漏油現象。②確定磁力泵機組漏油位置，經排查確認，成品油從磁力泵和電機的連接體處泄漏。隨后，對泵和電機進行分體，并對泵進行解體查找原因，解體后發現，HMD磁力泵內磁環外的隔離套焊縫開裂，如圖3。圖4③再將隔離套、內磁環、葉輪組合件解體，發現內磁環外吸滿了微小的鐵粒，內磁環在隔離套內的安裝間隙并不大（單邊1.5mm左右），鐵粒輪廓的外徑和隔離套內徑相當，葉輪、軸、軸承等其它部件肉眼沒法檢查，如圖4。④確定隔離套焊縫開裂的主要原因。委托蘭州海蘭德泵業對磁力泵機組進行檢測，結果是：內轉子金屬包封磨破；內轉子由于高溫摩擦部分磁性消失，扭矩已不能達到使用要求；軸承外圈有磨損，內磁轉子運轉有些偏心，跳動指數超標。（2）原因分析由于內磁轉子上吸附的鐵粒越積越多，多到鐵粒和承受15MPa壓力的隔離套內環表面接觸，內磁轉子在外磁轉子的驅動下高速旋轉，內磁環外吸附的鐵粒和隔離套形成高速摩擦，摩擦生熱溫度升高，隔離套強度在高溫下迅速變弱，在高壓力作用下，隔離套端部焊接區域是最薄弱的地方，故高壓將焊縫撕裂。2.5.2 極端故障現象防范措施(1)應摒棄對磁力泵的認識誤區，不要認為磁圖3（下轉68頁）

- 68 -5 結論技術交流石油和化工設備2019年第22卷◆參考文獻[1] 馮碩. P1井水平井生產測井儀器打撈技術研究及應用[J].鉆采工藝，2017，40(5)：121-123.[2] 王永波，楊文明，劉靜章. 水平井生產測井儀器輸送工藝探討[J].石油儀器，2006，20(2)：85-86.[3] 方麗，朱啟東，王紅梅. RIB儀器配接爬行器在水平井中的應用[J].石油儀器，2014，28(4)：37-38.[4] 胡海濤，陳雄，李衛華，等. Sondex牽引器在川渝油氣田的推廣與應用[J].國外測井技術，2013，(4)：42-44.[5] 羅學東，穆紅旭，陳光建，等. Sondex爬行器[J].油氣田地面工程，2010，29(4)：90-91.[6] 邵高平. 鉆桿推進無電纜測井系統的實現[J].信息工程大學學報，2000，1(3)：30-32.[7] 羅榮，羅鳳鳴，李雙林. 存儲式測井技術在塔河油田復雜井測井中的應用[J].石油儀器，2013，27(5)：80-82.[8] 李鵬翔，朱德懷，徐姣蓮，等. 大斜度井和水平井的感應測井響應及圍巖影響校正[A].石油學會測井專業委員會編.[9] ’94西安國際測井學術會議論文集[C].北京：石油工業出版社，1994. 收稿日期：2019-03-26；修回日期：2019-06-12（1）渤海油田大修大斜度井或水平井的測井技術，從常規的連續油管輸送法，逐步發展引進了爬行器輸送法及隨鉆輸送存儲式儀器法等新技術，打開了日益增多的復雜井大修的作業思路，為實現大斜度井或水平井大修井電測作業的高效實施，提供了一定保障。（2）針對不同施工工藝或技術，對于已出現或存在潛在風險的關鍵節點，再從施工質量、作業時效、作業成本和作業安全把控等方面綜合考慮，需要對其缺陷或不足進行改良或升級，以最大程度地規避作業風險，確保作業質量和作業安全。（3）對于不同井況的電測作業工藝選擇，除了作業成本及時效因素外，還得充分考慮作業平臺的場地和對該工藝的適用性，以最大程度確保施工的成功率。（上接57頁）力泵是免維護的泵。(2)如圖1所示，泵前過濾器為一般過濾器，設計選型不合理，需將泵前過濾器更換或改造為磁性過濾器，可以有效地吸附鐵粒，預防其吸入泵被內磁環吸附。(3)至少每半年對泵前過濾器進行檢查和清理，每兩年對泵進行解體檢查內部葉輪、軸承、軸、內外磁轉子、隔離套、墊片等主要部件，檢查內磁轉子吸附鐵粒情況，及時掌握設備使用情況，做到心中有數。3 結語通過對HPGS系列進口磁力泵在輸油管道使用過程中遇到的常見和極端故障等問題的分析，使用單位在使用及維護中，要落實設備本質安全和日常巡檢，并且在投產階段和平穩運行階段采用不同的關注度和方法，要勤于積累、分析、總結故障，形成符合運行維護規律的維檢修管理規程，更好地保障生產平穩運行。◆參考文獻[1] 趙克中. 磁力驅動技術與設備[M].北京：化學工業出版社，2004.[2] HMD HPGS系列0號機座磁力驅動泵維護指南[Z]. 收稿日期：2019-05-05；修回日期：2019-06-18