浅谈DF型注水泵减级涂膜的节能应用

【摘要】对油田注水离心泵进行水利损失、容积损失、机械损失分析，根据实际生产需要，进行减级、涂膜等措施，提高注水泵运行效率，延长了注水泵的使用寿命，在生产中取得了较好的节能效果。

【关键词】注水泵 多级 减级 涂膜 节能

注水是油田开发后期维持地层压力，提高原油采收率的重要举措。油田注水系统能耗占油田生产用电量的？30%以上。喇嘛甸油田注水原动力为DF型高压注水泵，正常运转设备为80台，加强对注水系统运行效率的研究，做好注水泵站系统的优化运行和技术改造，不仅有利于实现注水的均衡性和连续性，而且对于降低能源消耗、节约生产成本具有重要的现实意义。

1 注水系统消耗的能量分析

（1）驱动注水泵电动机损耗的能量。这部分能量可以用电动机的效率曲线来描述，电动机的效率随轴功率的变化而变化，效率为 86% ～96%，每注 1 m3 的水有 4%～14%的能量被电动机本身所损耗。

（2）注水泵消耗的能量。这部分能量可以用注水泵效率曲线来描述，它随注水泵输出流量的变化而变化。目前油田在用离心式注水泵效率为76%～78%，即每注 1 m3 水有 22% ～24%的能量被注水泵所消耗。

（3）注水管网所消耗的能量。这部分能量为管网摩阻损失，可以用管网效率来描述。不同的管网系统，管网摩阻损失比率相差较大。油田注水管网平均效率为 60.2%，也就是说每注 1 m3的水平均有 39.8%的能量被管网所损耗。

（4）将水注入油层所需的能量。这部分能量决定于油层所要保持的压力、储油层的性质和油层的动态因素。

2 离心注水泵减级节能应用

DF型泵为两端支承卧式节段多级离心泵。由定子部分、转子部分、平衡机构部分、轴承部分、密封部分五部分组成。定子部分主要由进水段、中段、出水段、导叶等由穿杠紧固成一体，首盖、尾盖用螺栓紧固在进水段、出水段上。转子部分主要由轴、叶轮、轴套、平衡盘等零件用锁紧螺母紧固成一体，由两端轴承来支撑。

离心泵依靠高速旋转的叶轮，液体在惯性离心力作用下获得了能量以提高了压强。叶轮是离心泵的核心部分，它转速高出力大，叶轮上的叶片起到主要作用。

泵轴带动叶轮一起旋转，充满叶片之间的液体也随着旋转，在惯性离心力的作用下液体从叶轮中心被抛向外缘的过程中便获得了能量，使叶轮外缘的液体静压强提高，同时也增大了流速。液体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐渐加宽，液体的流速逐渐降低，又将一部分动能转变为静压能，使泵出口处液体的压强进一步提高。液体以较高的压强，从泵的排出口进入排出管路。

随着油田注水工艺参数的不断变化和调整，离心式注水泵实施了减级改造。普遍的做法是： 在原注水泵上拆掉 1级叶轮，也有拆掉 2级叶轮的情况，原叶轮位置尺寸由减级套替代，保证泵的整体不变。根据离心泵几何相似、运动相似、动力相似，作用在两台泵相应点处液体上的同名力（如惯性力、压力、黏性力、重力）的比值相等的相似理论。显然压力相应降低节能效果必然显著。

注水泵的减级的主要目的是使泵站运行工况与供水对象所需工况一致，从而最大限度地减少剩余水头，节约电能。其节能原理如图所示。

图中，B0C0为额定转速时水泵的性能曲线，DE为管路特性曲线，当需水量为Q0时，供水对象所需工况在A点，但水泵运行扬程在A1点，造成AA1段剩余水头。如果注水泵减级运行，注水泵的扬程变化，其特性曲线相应变为B1C1，这样AA1减小，节约了能量。

另外，除节能外，同时调整供水流量还能满足区域水量水压要求，保持管网压力稳定，减少爆管事故，降低漏水率等。

3 离心注水泵涂膜节能应用

离心泵是从原动机取得的轴功率，其中较大部分是转变成泵的流量和扬程，做有用功，也就是有效功率，而另一部分则被泵的本身所消耗掉，转变为热量。有效功率与轴功率的比值，称为效率。

η=N有效 /N轴 x 100%

注水泵消耗的能量可以用注水泵效率曲线来描述，它随注水泵输出流量的变化而变化。目前油田在用离心式注水泵效率为76%～78%，即每注 1 m3 水有 22% ～24%的能量被注水泵所消耗。对泵的能量损失进行分析，可提高离心泵的效率，达到节能效果。

离心泵的能量损失总的分为容积损失、水力损失、机械损失三大类。水力损失是由于液体在泵内流动时，因为流道的光滑程度不同，则阻力大小也不同；另外当流体进入叶轮和从叶轮出来时会产生碰撞和漩涡，也会产生能量损失。水力损失包括冲击损失、漩涡损失、沿程摩擦损失，其中沿程摩擦损失最大。

机械损失是因为泵在运转时要和轴承、填料等发生磨擦，叶轮在泵体内运转，泵的前、后盖板也要和液体发生磨擦所造成的能量损失。其中，以叶轮圆盘摩擦损失最大，在高压离心泵中约占轴功率的10～12% 。

在油田生产中，为了节约用水并减少污染，往往从原油脱水过程中分离出的污水经油水分离、脱氧和脱菌等处理后回注油层。虽然经过一定的处理，但所注入水源仍是含油（聚合物）污水，一般偏碱性，硬度较低。由于机泵运行时间长，注水泵的内部叶轮等金属材料过流件遭受水流冲刷、汽蚀、腐蚀性介质的腐蚀、含颗粒液体的磨损磨蚀，导致流道表面损坏、结垢严重，增加了注水泵的水利损失，泵效率低、使用寿命缩短，造成电能浪费。

离心泵的过流部件有：吸入室，叶轮，压出室三个部分。叶轮是泵的核心，也是过流部件的核心。泵通过叶轮对液体的作功，使其能量增加。为减少注水泵的水利损失，提高机泵运转效率，对机泵实施涂膜技术改造。用非金属涂层对受损的过流件表面进行修复。涂料施涂工艺过程为：零件――预处理――预热――粉末涂装――固化――机械加工。该涂料与金属结合强度高，自性能良好，具有拉伸性好，能耐中、低温、耐酸、碱、盐、油，不结垢等优点。涂装后流道的光洁度提高，使输送阻力减小，增加了流量，泵的轴功率降低，降低了耗电，涂层薄，对泵动平衡没有影响，涂装后不需要处理就可以直接使用；涂层不存在接缝，不易造成在某一处被揭层而产生破坏。改造后，机泵具有极好的减阻和耐磨特性，较强的抗腐蚀性，泵效提高约3.3%，具有较好的节能效果。

4 结论

为了更好地开采现有地下储油，保证日产石油量，必须保证注水泵设备的可靠、高效地运行。因此，对注水站的注水泵损失进行分析，可以提高注水泵的运行效率，降低能源消耗、节约生产成本具有重要的现实意义。