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贝克HPump地面泵打破常规 与众不同


贝克HPump地面泵打破常规 与众不同

API 610是国际通用的地面泵系统标准,但随着生产状况的发展,该标准出现了一些问题。全新的HPump地面泵系统颠覆了传统地面泵的理念,大大提高了设备运行寿命和效率。

来自 | Baker Hughes
编译 | 张德凯

目前,地面泵系统主要用于输送流体,可输送多种流体,应用范围非常广泛,主要包括上游油气、中游产品和工业操作等,输送的常规流体包括化学品、石油、水和馏分油。美国石油协会API专门针对地面泵系统建立了ISO 13709:2009/API 610国际标准,作为石油开采、石油化工及天然气行业的地面离心泵管控标准。

API 610国际标准

API 610标准涵盖了三种系列的泵:悬臂式泵、垂直悬挂式泵、两端支撑式轴承泵。标准对泵的基本设计、材质、轴承、润滑、齿间隙、耐压外壳、压力连接等都进行了非常详细的描述,同时还包括了附件、检查、测试内容以及相应的设备供应信息。

API 610中的内容都源于几十年的应用经验,通常来说,以上三种泵的设计已经非常成熟。由于地面泵的运行寿命要求至少为20年,同时要求能够连续运转3年,所以建立API 610的主要目的是提高地面泵的应用稳定性。要满足应用要求,尤其是在输送组成复杂的石油、石化产品时,难度很大,而地面泵的维修通常也十分复杂,所以设备稳定性的重要性不言而喻。

API 610泵稳定性

虽然API 610国际标准在地面泵供应商、作业者以及环境、公共安全等方面都发挥了巨大作用,但其内容主要集中于成熟技术,因此还存在一些不足。目前大多数API 610泵的作业者都被相同的问题困扰,那就是如何提高泵的稳定性、降低危险系数,同时还要降低维修时间和成本。

实际上API 610标准的应用是非常复杂和繁琐的,效率较低。API 610泵的维修也很难进行,不论是耐磨环、叶轮出现问题,还是发生腐蚀等问题都会耗费大量时间。所以,无论是在现场还是返回车间维修,成本都非常高,而且还耗时,业界已经普遍表示无法接受现行的标准。

更优质地面泵系统

API 610中明确禁止地面泵的供应商和作业者使用其他地面泵替代系统和泵输方案,尤其是新型技术,更是严格禁用。

电潜泵(ESP)系统主要用于油田的人工举升作业,当井下压力不足时,ESP能够显著提高油井产率。ESP系统有着高效、耐用的优点,同时能够在高温、流量波动、压力波动、腐蚀性流体、磨蚀性流体等极端条件下工作。

这些极端条件是容积式泵、剖分式泵(不属于API 610标准)的克星,诱发输送问题的几率极高。贝克休斯在ESP应用方面经验丰富,为通过优化设计提高地面输送效率,该公司决定将其成熟的ESP技术引入到地面输送系统中。最终,贝克休斯带来了HPump地面泵系统。

HPump地面泵系统

HPump系列地面泵主要是在上游油气、油气加工业以及工业中输送液体。HPump采用模块化设计,可替代容积式泵、剖分式泵。

HPump系统采取了与小曲率半径ESP系统CENtrilift相同的工艺,防泄漏,噪音低,将多级离心叶轮与水平泵轴承腔(HTC)结合在一起,同时采用工业级的马达固定撬体。HPump的设计主旨就是让地面液体输送变得更加轻松,模块化设计使得设备维修更加简单,现场即可完成,无需耗费大量时间。该系统的常规应用包括注水、废水处理、CO2输送与注入、氨气(用于处理天然气)输送、SAGD过热蒸汽输送、泵增压、常规液体输送以及管道建设等。

HPump的出现标志着地面泵概念的革新换代,它采用了撬体式工作模式,部件的更换维修、升级改造等都非常简便,大大提高了工作效率。有了HPump后,作业者再也不需要耗费数月来维修设备,只需几个小时就能完成HPump部件的更换工作,消除安全隐患,减少非工作时间。HPump部件有充足的储备,几小时即可运达现场,系统采用了模块化设计,非常灵活,常规部件如泵、马达、HTC、联轴器、机械密封等无需耗费过多时间即可更换。开发商可以根据工作需求随意改变设备配置,而无需担心浪费时间,同时,HPump还能与大马力设备配合使用,提高了特殊情况下的工作效率。

HPump的简化、模块化设计还具有另一项优势,那就是降低液体输送成本。HPump泵体完全包裹在管状外壳内,大大降低了压力边界值,可有效防止漏失。此外,HPump的生产前置时间也非常短,常规的API 610泵从设计到投入使用通常需要几个月的时间,而HPump完成这一过程只需几周。这对生产要求变化非常快的工业生产来说是非常重要的,尤其是在工期紧张的项目中。HPump的应用稳定性非常高,同时其部件置换简单,无需第三方机构进行停机检测、记录,降低了成本和时间耗费。

HPump系统与API 610系统区别

HPump与API地面系统在一些方面存在着显著差别,HPump系统与传统的容积式泵、剖分式泵等的设计完全不同,因此,API 610标准并不适用于评价HPump系统。

HPump系统的许多特点、优势在API 610标准中都未提及,而API标准中的许多要求并不适用于HPump设备。目前来看,API标准只适用于HPump出现前的地面泵系统,HPump不同于常规设备,其设计理念和技术都来自ESP技术。

与API 610系统相比,HPump设备的半径更小、设备更长,采用了多级叶轮技术,即使在苛刻的地下环境,甚至是深水环境中也能稳定工作。HPump叶轮(定子/转子)分布均匀,所以叶轮径向载荷更小。泵体通过输送液体达到润滑设备的效果,解决了轴承应用的问题,实际应用表明,HPump可以用于CO2、液氨、NGL等非常规液体的输送。

与API 610系统相比,HPump采用模块化设计,在更换泵、马达、机械密封等部件时,传输系统不会长时间停工。HPump还分离了泵和止推轴承,使用了花键套联接,系统整体稳定性提高。

HPump的成本及维保费用较低,开发商用一套API 610系统的成本可购买安装多套HPump系统。为了提高输送能力,HPump系统可两套并联使用,其中一套为全负荷运转,另外一套提供冗余输送保障。

应用案例

地点:加拿大,Alberta省

加拿大的一家油气生产商需要地面泵系统回注产出水,处理量为2400BPD,作业压力未1100psi。由于液量较少,设备磨损加剧,该开发商采用的第一款地面泵系统工作30天后就出现故障。针对此种状况,该开发商需要一款耐磨、维保费用低、易于控制的地面泵系统。

随后,该开发商选择了贝克休斯的450马力HPump水平地面泵系统,该系统最高输送量24000BFPD,使用Electrospeed VSD根据液量变化控制泵速,有效防止液量低造成的磨蚀问题。

由于HPump系统的作业相对独立,不受液量变化影响,因此开发商的控制更加灵活,设备运转时间明显加长。当现场条件变化或产液量波动时,储液罐会发送信号至VSD,根据液量变化可以控制HPump输送能力,进而保证HPump系统处于最佳工作状态,防止气缚等现象发生。

与常规地面泵系统相比,除了能显著提高运行寿命外,HPump还大大提高了运行效率,降低了生产成本,延长了设备工作寿命。此外,HPump的抗磨蚀性能也得到了加强,避免了设备过早更换。贝克休斯的ARMOR I叶轮涂层与抗磨蚀叶轮材料对于提高地面泵系统寿命非常重要,ARMOR I是一种含氟涂层技术,可以有效避免沥青质沉积和结垢,进而将设备磨蚀降到最低。

通过配合使用HPump与Electrospeed VSD,设备的运行寿命已超过了1460天。

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白矾
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。

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