高压柱塞泵盘根压盖的改进及现场应用
【摘要】由于填料压盖的固定结构和输送液体的性质等因素, 造成了填料函螺纹丝扣腐蚀损坏, 需拆泵维修更换, 费用高且影响生产。本文对此问题进行了改进解决。
【关键词】高压柱塞泵;填料压盖;改进;措施;现场应用
1 工作原理
高压柱塞泵是一种容积式往复泵, 通过皮带和皮带轮将电动机的动力传递给柱塞泵曲轴箱内的曲轴, 曲轴转动带动曲柄连杆、十字头、中间杆及柱塞做往复运动。当柱塞被拉出时, 工作腔容积增大压力降低, 在弹簧和出口水压的作用下排液阀片关闭, 进口管线内的液体顶开进液阀片弹簧, 液体被吸人工作腔; 当柱塞被推进时, 工作腔容积减小压力升高, 进液阀片关闭, 排液阀片被打开, 液体被排出, 柱塞完成一个冲程工作。
2 存在问题及原因
2.1 漏失量影响
高压柱塞泵柱塞以370 次分的速度做往复运动,柱塞与工作腔之间的密封, 主要是靠 密封填料完成, 其材质多为芳纶纤维等纤 维物质制成。密封填料允许漏失量为10 一20 滴/分。漏失量过少, 盘根在工作时温度超过它的极限值, 盘根变质老化, 造成刺、漏、易烧盘根现象。漏失量过大, 泵的容积损失增大, 降低系统效率, 喷出的水腐蚀设备、污染环境, 所以密封填料在合理温度范围内工作, 才能保证柱塞的润滑和降温。
2.2 润滑效果影响
如果填料函突然漏失量过大造成液体随着柱塞轴线喷出，由于柱塞与连杆之间有连接卡子和挡水片，漏失液与之发生碰撞，飞溅的水花洒落在曲轴箱的连杆上， 被往复带入曲轴箱，在曲轴箱内零部件的搅动下使液体与机油混合乳化，润滑性能下降，曲轴箱温度上升，造成抱瓦等事故发生。在看窗外观察机油成乳白色，更换时机油成水状流出，用指检法检查机油，没有粘度。
2.3 损坏丝扣
如果漏失液飞溅到泵体填料函外部余出的丝扣上，造成丝扣腐蚀。一方面调整压盖时螺帽进行受阻使漏失量继续增加，另一方面由于压盖腐蚀易脱出，存在安全隐患。丝扣损坏后只能采取更换整套填料函体，这样费时费力，增加维修成本，影响正常注入。
2.4 腐蚀零部件
漏失的液体在填料函内由于高低位置的差别，会有一部分液体留在填料函内，无论漏失量的大小都会存在，这部分液体会从螺纹处漏出，由于泄漏的液体腐蚀性强，造成螺纹腐蚀，造成拆卸不下来而整体更换填料函。
2.5 劳动强度增加
液体被喷溅散落到设备的其他部位，造成设备污染垢蚀，形成的水垢擦不掉，需要刷漆处理，增加岗位员日常管理的难度，影响标准化管理。
3 改进措施及应用效果
改进前采用简单被动的防治方法，在柱塞上安装挡水板，挡水板虽然能阻止喷液进入曲轴箱，但“线状射出”的液体碰撞到挡水板上还会出现“喷溅”现象。
改进后变被动挡水为主动导流，将原有盘根压盖增加集水室和导流孔的设计。将压盖切削开槽，加挡水片，形成集水室，将原有加力孔贯通制成导流孔。改进后的盘根压盖增加了集水室、导流孔、辅助密封圈、辅助密封圈压板以及连接螺栓等。利用柱塞盘根压盖的专用扳手插孔作出水孔，由导流孔将集水室和出水孔连通。柱塞盘根溢出水被辅助密封圈封在集水室中，然后经导流孔缓慢地流出盘根压盖，流入到污水槽。强制改变漏失液方向，避免在工作中发生的曲轴箱内机油乳化、填料函丝扣腐蚀等问题。
3.1.1 技术关键
在原有填料函压盖的端面上增加一个Φ80mm的集液室，压盖紧固孔与集水室通过Φ10mm的导流孔与外界贯通，各导流孔之间互成60°角。在调整漏失量时，无论调整多大角度，都能使导流孔轴心线与水平面垂直线最大夹角成30°角。有效将漏失液顺利排出填料函，集水室不存余液，避免填料函漏失液从填料函螺纹处漏失腐蚀螺纹。另外，导流孔均匀分布在压盖的圆周上，处于上方的导流孔，还可作为添加润滑脂的加油孔，降低柱塞与密封填料的摩擦阻力，提高了密封效果和使用寿命。
3.1.2 达到指标
改进后，阻止了漏失液沿柱塞轴线外喷，不腐蚀丝扣，提高安全系数的同时污染率为零。改进的辅助密封圈密封率达100%，保证不沿柱塞轴向刺水;导流孔畅通率达100%，保证不憋漏辅助密封圈。
3.2 应用效果
2014年在某注入站进行了现场对比试验，未改进的盘根压盖，顺轴线刺水，盘根压盖及丝扣腐蚀严重，影响环保、存在安全隐患。而改进的盘根压盖漏失液都能从集水室导流孔顺利排出，清洁环保。效果明显。成功后累计推广应用12台泵60套，减少了维修频次，提高了运行时率。
3.2.1 经济效益
(1)成本：盘根压盖改进费用50元/套，使用寿命10年/套，折算年成本5元/套，36套成本180元/年。
(2)直接经济效益：12台泵每年避免填料函丝扣损坏72次，每次厂家拆卸、维修及安装填料函费用700元/个柱塞，合计700元x72次=5.04(万元)
(3)间接经济效益：12台泵每年避免填料函丝扣损坏维修累计时间16天，相对多注水960立方米，相当于多产原油48吨，每吨原油价格2101元，创增油效益10.0848万元。
(4)纯经济效益：5.04+10.0848-0.018=15.1068万元
3.2.2 社会效益
高压柱塞泵盘根压盖改进应用后，避免了曲轴箱内机油的乳化，延长了填料函的使用寿命，安全环保。同时降低了员工的劳动强度，提高了设备的管理水平，整体提升了泵站管理面貌。
4 结束语
随着油田进入高含水开发后期，油田稳产难度增大，三次采油规模越来越大，柱塞泵的使用数量逐年增加，高压柱塞泵盘根压盖改进后，结构简单、安全环保、可以扩大推广应用规模。
更多四氟盘根、高温盘根及芳纶盘根的知识欢迎访问四氟网