陸 輝

（中國石化集團江漢油田分公司江漢采油廠，湖北 潛江433123）

截至2015年6月，江漢油田采油廠新周采油管理區(qū)共有20臺3DW系列注水泵，基本可以滿足注水的要求（排量和壓力），但是這些注水泵在使用的過程中不可避免地出現(xiàn)了一些問題。對出現(xiàn)的問題進行統(tǒng)計和歸納，從動力端和液力端著手，逐一進行分析，旨在從理論和實際中找出問題的癥結，并采取相應的改進措施，以便能夠更好地保障注水泵的運行。

1 3DW系列注水泵動力端存在的問題及改進措施

1.1 箱體內十字頭滑道的改進

1.1.1 問題

現(xiàn)以老21井的3DW100A注水泵箱體結構為例，說明箱體內十字頭滑道的鑄造缺陷。從注水泵曲軸箱體剖面圖（圖1）可以看出，當更換中間桿油封時，必須先卸掉3個密封盒里的12個 M 10mm的螺栓，如果螺栓被從函體中刺出來的污水腐蝕，則極易滑扣或者被折斷，這時，只能夠從注水泵曲軸箱體的上部卸掉螺栓，然后從曲軸箱內部往外敲擊，取出剩余的部分。由于曲軸箱的十字頭滑道是封閉式的，與泵體形成了一個整體，在現(xiàn)場維修時無法從內往外敲擊，只能夠對密封盒進行破壞性地拆卸，這樣極易損壞絲扣或者曲軸箱體。

圖1 注水泵曲軸箱體剖面圖

1.1.2 措施

建議在鑄造曲軸箱體時將滑道和密封盒座部位分開鑄造。這個建議已經得到了廠家的首肯，目前的箱體是開放式結構，維修難度大大降低。

1.2 曲軸箱體設計的改進

1.2.1 問題

由于3DW系列注水泵的整體構造較為的緊湊，填料函體之間的距離過小，維修及更換配件極為不便。如3DW100系列注水泵，其函體之間的中心距為130mm（圖2），一旦函體損壞需要進行更換，首先，拆卸函體下部的6個螺栓就很困難，更別說更換柱塞和中間桿了。

圖2 注水泵填料函體及泵頭示意圖

1.2.2 措施

建議適當增加曲軸箱體的結構尺寸。對比3ZS和3S兩類注水泵，建議將泵的寬度尺寸由原來的475mm增加到565mm，這樣既可以減輕維修工作量又有利于泵的安全運行。

1.3 動力端密封盒密封方式的改進

1.3.1 問題

3DW系列注水泵普遍泵速較快（286～315次／min），其柱塞平均運行速度可以按照下式計算。

式1中：V－柱塞平均速度，m／s；

S－行程長度，m；

n－泵速，次／min。

現(xiàn)場使用證明，合理匹配泵速與行程、控制柱塞的平均速度是保證注水泵盡可能處于合理的工作狀態(tài)及可靠運行的基本保證。由于3DW系列注水泵泵速較快，密封盒的設計不合理（由兩只油封并排安裝在密封盒中，無壓緊螺母），中間桿損傷后極易導致油封的內圈膠皮翻轉或拉傷。

1.3.2 措施

改進注水泵密封盒的密封方式，采用帶油封壓緊螺母的密封方式代替原來無壓緊螺母的密封方式（圖3），取得了良好的效果。目前，該技術已經廣泛地應用于新一站、新二站、東1－2、老21及周26等井區(qū)。

圖3 注水泵密封盒的密封方式改進前后的對比

1.4 動力端機油潤滑方式的改進

1.4.1 問題

3DW系列注水泵機油潤滑方式：由曲軸直接帶動機油泵運轉，進行強制潤滑（圖4a）。在現(xiàn)場使用中存在4個方面的缺陷。

1）由于潤滑油從曲軸箱底部吸入，如果吸力小將會造成潤滑油流量小，從而不能完全滿足注水泵潤滑點的潤滑需要。

2）無機油過濾裝置，機油乳化或者變質后不能夠保證機油的理化特性和指標。

3）注水泵的曲軸轉速高會對機油泵形成沖擊而損壞機油泵的密封，進而損壞機油泵。

4）曲軸直接帶動齒輪油泵高速旋轉，如果齒輪油泵損壞則不易被發(fā)現(xiàn)。

1.4.2 措施

改注水泵曲軸自帶齒輪油泵為外部安裝的機油泵（外置式）。外置式（圖4b）有如下優(yōu)點。

1）有壓力表顯示（油壓始終保持在0.2～0.4MPa），容易發(fā)現(xiàn)問題，方便對機油泵進行檢修和保養(yǎng)。

2）能夠方便地將曲軸箱內的變質機油清理干凈（取下進入泵滑道的出口接頭，放入機油桶中，啟動齒輪油泵，只要3～5min即可將曲軸箱內的機油清理干凈）。

3）能有效地保護齒輪油泵。外置式潤滑與壓力控制儀聯(lián)合使用，當機油壓力低于0.2MPa時，電動機會自動停止，齒輪油泵將無法運行，從而得到有效保護。

圖4 3DW注水泵曲軸自帶齒輪油泵與3S注水泵外部安裝的機油泵對比圖

1.5 動力端安全護罩的改進

以前的3DW系列注水泵皮帶輪安全護罩的設計（圖5a）過于簡陋，不但笨重，而且安全防護性不強，容易對職工造成傷害，存在安全隱患。改進后的帶輪安全護罩，采用鋼板網加角鋼的外開啟封閉式結構（圖5b），既輕便實用又保障了職工巡回檢查的安全，滿足了盤泵的要求。

圖5 注水泵安全護罩改進前和改進后的對比圖

2 3DW系列注水泵液力端存在的問題及改進措施

2.1 液力端函體調節(jié)螺母設計的改進

2.1.1 問題

3DW系列注水泵的調節(jié)螺母是公扣，因此，裝填在函體內的填料數(shù)量較少，注水泵容易發(fā)生泄漏；另外，調節(jié)螺母松緊的孔有時鉆得太深，再加上油田污水的腐蝕性較強，污水容易在腐蝕調節(jié)螺母本體后從調節(jié)孔處刺出。

2.1.2 措施

在調節(jié)螺母側面銑槽，將公扣改為母扣，從外部對函體進行壓緊和調節(jié)（圖6）。現(xiàn)場使用情況表明，密封效果極佳。

圖6 3DW系列注水泵函體調節(jié)螺母改進前和改進后的示意圖

2.2 液力端柱塞結構及尺寸設計的改進

2.2.1 問題

以3DW100柱塞為例，其直徑有20mm和24mm兩種規(guī)格，直徑較小，柱塞銑方（圖7）由于回注污水的腐蝕極易斷裂；柱塞銑方距離太短，不利于扳手的使用（如3DW100注水泵的柱塞六方長度為20mm，而28″活動扳手的寬度是20mm，且在柱塞和中間桿之間有一個厚10mm的擋水膠皮）。

圖7 柱塞加工工藝

依據理論公式可以確定3DW100柱塞的尺寸選擇存在問題。計算及校核公式為：

式2中：Q－理論流量，m3／h；D－柱塞直徑，m；S－行程長度，m；Z－缸數(shù)；n－泵速，次／min。

現(xiàn)以3DW100－2.1／50的注水泵參數(shù)為例，利用式2計算出注水泵的柱塞直徑。注水泵的相關參數(shù)為：理論排量，2.1m3／h；行程長度，100mm ；泵速，190次／min。

3DW100－2.1／50注水泵的柱塞直徑是20mm和24 mm兩種規(guī)格，小于理論上的28mm，在柱塞銑方和應力比較集中的部位（圖7）會因為污水的腐蝕而發(fā)生斷裂。

2.2.2 措施

現(xiàn)場使用情況表明，將DW100柱塞的直徑改為28～30mm是比較理想的。

式4中：Pmax－最大柱塞力，MPa；F－最小截面積，m2；［σy］－許用應力，MPa；［σs］－柱塞材料的屈服強度，MPa；n－安全系數(shù)，一般取3－4。

根據現(xiàn)場實際工況，最大柱塞力為50MPa、柱塞直徑為28mm，可以確定σy＝50 MPa。另外，柱塞的材料為45／Ni60，其中45號鋼的最大屈服強度，σy＝355 MPa。

89MPa＞50MPa，所以使用28mm的柱塞是安全的。

2.3 液力端柱塞和中間桿熱處理工藝的改進

2.3.1 問題

3DW系列以前的柱塞和中間桿是采用外表面鍍鉻處理（圖8）。由于鉻層不耐腐蝕（易溶于稀鹽酸和稀硫酸）和沖擊，一旦有一個地方發(fā)生腐蝕，整個鉻層就會逐漸地全部脫落，導致柱塞報廢。據統(tǒng)計，柱塞和中間桿最短的運轉時間只有218h。

圖8 中間桿和柱塞熱處理工藝

2.3.2 措施

改進柱塞和中間桿的熱處理工藝，由表面鍍鉻改為表面噴焊Ni60。改進工藝后，柱塞的平均使用壽命變?yōu)? 000h，遠超技術標準1 000h的要求（注水壓力≤20 MPa），極大地延長了泵的使用壽命，降低了維修成本，減輕了工人的勞動強度。

2.4 液力端排液閥組和填料函體熱處理工藝的改進

2.4.1 問題

現(xiàn)以3DW125的排液閥組為例來說明其熱處理工藝存在的問題。3DW125的排液閥組采用的是整體淬火處理工藝，但是在使用的過程中卻出現(xiàn)排液閥組斷裂的現(xiàn)象。2015年1月以來，曾連續(xù)斷裂了6套閥組和3套填料函體（圖9）。

圖9 排液閥組和填料函體的損壞情況

2.4.2 措施

分析發(fā)現(xiàn)，造成閥組和函體斷裂的原因是熱處理方法不對。原來采用的是整體淬火，這種淬火方式降低了零件的韌性，致使零件變脆。改整體淬火為表面淬火后，既保證了零件表面的硬度又滿足了零件工作的韌性要求，現(xiàn)場使用效果良好。

2.5 液力端排液閥組結構的改進

2.5.1 問題

3DW100系列注水泵目前還使用的是腰輪排液閥組（圖10），這種組合閥現(xiàn)場使用效果較差。其原因為：閥芯和閥座的材料均為2Cr13，當排液閥芯在閥座內做往復運動時兩者會發(fā)生摩擦磨損，致使排液閥組關閉不嚴而影響排量；當污水中雜質較多時閥芯容易被卡在閥座內而失效。

圖10 腰輪排液閥組

2.5.2 措施

目前，新周采油管理區(qū)使用較廣的臥式泵頭，采用的是組合閥組（圖11）。組合閥組的進液閥片和排液閥片均為聚甲醛材料，在與閥座碰撞時對閥座的沖擊磨損較小，這樣既保證了排量的要求，又減少了對閥座的磨損，延長了閥組的使用壽命。

建議廠家使用組合閥而放棄腰輪閥。截至2015年10月，新周采油管理區(qū)已經更換了9臺注水泵的腰輪閥。

圖11 組合排液閥組

3 結論及建議

注水設備安全、高效的運行是原油生產的重要保證，但設備的制造缺陷在實際應用中是難以避免的，只有通過技術的不斷改進，逐步消除缺陷，才能充分發(fā)揮設備的潛能。通過對3DW系列注水泵動力端和液力端的不斷改進，改善了設備的技術性能、工作性能和安全性能，極大地提高了注水泵連續(xù)運轉的可靠性，滿足了生產的要求。

設計者在設計高壓注水泵及增壓泵時要緊緊圍繞其工況、現(xiàn)場操作及維護保養(yǎng)的客觀情況來進行設計，只有這樣，設計出的產品才能更好地滿足現(xiàn)場使用要求，用戶也才能真正實現(xiàn)增產、增效。

［1］張望良.三缸泵介桿密封裝置的設計［J］.石油礦場檢修，1992（03）：16.

［2］許煡.新編石油機械設計師手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1995.

［3］《往復泵設計》編寫組.往復泵設計［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1987.