对于石油运输来说，距离不是问题

作者：瑞士苏尔寿公司

欢迎访问e展厅 展厅 2 真空设备/泵展厅 水泵, 罗茨泵, 螺杆泵, 齿轮泵, 离心泵, ... 为了将原油从油井运送到各个港口，然后运送到各种炼油厂，全球各地共使用了46万多公里的石油管道。长距离运输原油需要使用专门设计的具有高度可靠性和能效性的泵机，以便满足各种严峻的工况。在本文中，我们将看到苏尔寿泵业为满足不断变化的市场需求和确保运行安全是如何优化其管道泵机的。 运输管道需要大量的投资，而且其安全性、效率和可靠性是它们能否成功运行的必要条件。运输管道容易出现内外腐蚀、疲劳裂纹、第三方损坏和生产瑕疵。管道运营公司必须对机械负荷、压力变化、腐蚀速率等进行监控，以便评估管道泄漏的风险。但是只监控管道自身远远不够：还必须对旋转设备进行管理和维护。 泵机是石油运输管道的心脏，其可靠性决定了管道运营的成功与否。泵机设备必须达到美国石油研究所（American Petroleum Institute）公布的标准要求。在泵机设备的整个生命周期中，必须进行定期检查，如果它们达不到必需的性能标准，必须进行修理或改型。 有些泵机可能会因为某个运输管道的运行环境发生变化而需要进行液压处理。以下案例显示了苏尔寿是如何使得泵机适应新的要求，确保实现运行顺利、可靠性良好和效率优化的。 需求不断变化 北美最大的管道公司之一，运营着世界上一些最长的原油和油产品管道。这些管道系统必须能够运营达60多年，由1万多公里的管子构成，运营能力是每天运送200多万桶原油和油产品。 在北美有一条运送石油的管道，需要对其泵机液压进行改进。需要运输的轻质原油在浓度上要比泵机最初设计的石油浓度低。除此之外，客户希望改进后的泵机的日均流量能够在30,450立方米到57,000立方米之间变化。 便捷灵活性 客户希望在两年后随着新管道的铺设完成，能够改回上述修改，计划届时将管道调回到最初的运营设计。该石油管道位于北美境内，长达1,600公里，与客户的主线石油管道系统相对接。 考虑到石油浓度和流量的临时性变化，苏尔寿需要对运行管道中的18个泵机进行流量调整。为了满足这些要求，苏尔寿工程师建议为满足不同管道流量的要求，针对四种不同的最佳效率点（BEP）设置四种不同的流量，范围大约在44,000立方米到57,000立方米/天。可以通过减小喷口横截面积和安装低容量叶轮的方法来实现最佳效率点的切换。泵机的喷口横截面积是蜗壳研发的最后环节，对泵机性能有着极其重要的影响。 减少库存成本 由于必须需要现有泵机的相互替代能力，苏尔寿提供各种合适的叶轮。此外，所有流量重设部件之间的机械密封物和轴承也可相互替换，从而大大地减少了客户的库存成本。 在进行改进之前，对于液压面积可以调整的四个液压设计，每个都必须在位于加拿大伯纳比的苏尔寿工厂进行连续测试。在所有测试都证实泵机经过更改后能够根据规定进行运营，才开始在其他泵机上进行改进工作。为了顺应客户紧张的时间要求，苏尔寿成功地将每台泵机原来需要的时间减少到三个星期——这项工作由苏尔寿位于加拿大埃德蒙顿和美国伊利诺伊州芝加哥的两家服务中心分担完成。 自各泵机经流量调整并成功调试以后，客户要运行其管道所需的电力更少，因为这些泵机在不同的流量条件下都能在接近最佳效率点的工况下工作。对它们的设计点进行修改以适应系统工况之后，所有泵机可以在良性的液压工况下运行，流量范围广，振动小。 管道泵机的振动和非设计工况运行会损害管道的安全性能。由苏尔寿对具有世界规模的管道上的主油路泵机进行泵机改型，显示了合适的泵机设计如何可以减小压力脉动并提高安全性。 该管道将来自欧亚大陆的离岸油田里的原油运送到最近的港口，然后从港口通过油轮将原油转运至位于欧洲市场上的各个炼油厂。主要采取地面铺设形式，全长在1,500公里以上，根据设计其运送能量是每天100万桶石油。管道设施包括欧洲境内的几座泵机站。 减小风险 其中4个泵机站安装有苏尔寿泵机，其他几个采用的泵机都来自不同的原始设备制造商。苏尔寿泵机的性能很可靠，但是管道运营方注意到一些没有使用苏尔寿泵机的站点在吸入和排出生产线上有严重的压力脉动问题。这些泵机是21世纪初管道施工过程中由第三方供应商提供的。这些单体、轴向分裂、双级泵机的设计排量是1674立方米/小时，泵机扬程是1,000米。 由主油路泵机引起的压力脉动导致部件自身、小口径辅助油管和几个油管支撑架上的焊接点出现裂缝。而且在泵机房地面上能够感觉得到的振动把支撑吸入和排出油管的厚达200毫米的底土压实，即这些油管连接到泵机站的地方。当客户接触苏尔寿寻求解决方案时，该管道正以全力运行，但却有因振动过度而被迫关闭的严重危险。 苏尔寿给出了一个改型升级方案，以提高第三方泵机的可靠性和平均无故障工作时间。首先，苏尔寿专家分析了第一级叶轮。第一级叶轮安装有4个叶片，这可能会导致与双重蜗形机壳之间的周期性互相影响。吸入叶轮的喷口设计超度，这意味着对于所需的排量来说流动的横截面积太大。这一特征使得工作点非常接近入口倒流的发生点。如果泵机有再循环入口却继续运行，那么效率会下降，噪音和振动程度却会提高。 第二级叶轮有6个叶片。这样的偶数叶片数还增加了泵轮与双重蜗形机壳之间发生严重的周期性互相影响的风险。并且，叶片出口端不会出现严重的歪曲。叶轮叶片出口边缘很直，通常会造成轮子和定子之间严重的周期性互相影响。 在苏尔寿全部交付10个升级版转子后，客户证实最近的泵房振动调查已经证实所有管路振动已经在此前的受损水平上得到了大大的改进。除此之外，在运行中的泵机附近展开的各项测量表明噪音水平也得到了明显的降低。 提高泵机液压能力 工程师已经确定定子和转子的液压交互影响是在叶片通过频率下发生强烈的压力脉动的根本原因。受到这些脉动的激励，泵站管路系统中出现了小口径管路和声音共鸣。基于这一分析，很明显，减少因转子/定子交互影响而产生的系统励磁是提高泵机性能的关键。 专家于是决定改变叶轮的叶片数量，以此来转换在叶轮叶片通过时造成的周期性激励的相位。通过重新设计吸入叶轮，将叶片数量从4个增加到5个，同时将第二级叶轮中的叶片数量从6个增加到7个。此外，还对两个叶轮的叶片出口顶端进行倾斜处理，从而减弱其与泵壳之间的液压交互作用。苏尔寿泵业根据改进后的液压设计生产精密铸造叶轮，所交付的全新轴采用的材料比原来的更高级。 现场测量清楚地表明装备了全新叶轮的泵机在运行过程中的压力脉动水平处于可授受的范围之内。在根除了振动的根本原因之后，管道支架焊接和小口径辅助管道中的疲劳裂纹现象从而不再发生。结果，地面振动情况也得以大大地减小。总地来说，由苏尔寿泵业实施的改型工作减小了发生管道故障的风险，使得管道在每天100万桶石油的设计流量下能够保持安全运行。 延长了生命周期 诸如管道之类的复杂系统在其有用的运行生命中需要进行细心的监控。倘若有故障会发生，运营方必须确定哪些零部件存在危险，决定是否需要更换、修理或改型。一般情况下，对存在危险的部件进行升级或者改型可以通过提供一个可靠的系统来有效地延长产品的生命周期。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (11/5/2013)