HPGS系列磁力泵在输油管道中应用及故障分析

2024年2月20日发(作者：描写时间快的句子)

第8期

- 55 -HPGS系列磁力泵在输油管道中应用及故障分析王永刚，黄军本，郭厚隆，李世奇（中石油西部管道甘肃输油气分公司， 甘肃 兰州 730000）[摘 要] 简要介绍了HPGS磁力泵的特性及输油管道中的应用情况，对磁力泵在运行过程中的常见和致命性故障进行了分析，给出了解决措施，为该型号磁力泵的运行维护提供了借鉴。[关键词] 磁力泵；输油管道；故障；解决措施在油品长输管道工艺系统中，一般按每隔50-100km的输送距离设置一个加压泵站，为管道油品加压，同时每个泵站进口管线上至少要设置一套油品密度计撬座，实时监测上一站至本站的油品密度。英国HMD公司生产的HPGS 1X1X5 CA1无泄漏磁力泵安装在输油站进口处的密度计撬座装置中，正常运行压力在10MPa左右，属于高压泵，主要作用是为在线密度计持续泵给高于入站压力的输送油品，以便实时进行油品密度检测比对，保证输送油品准确计量交接。密度计撬座工艺流程图详见图1。1 磁力泵原理1.1 磁力泵特点及结构HPGS 1X1X5CA1无泄漏磁力驱动泵（简称磁力泵）是将永磁联轴的工作原理应用于离心泵的新产品，该磁力泵具有设计合理、工艺先进、全密封、无泄漏、耐腐蚀等特点。磁力泵由泵、磁力传动器、电动机三部分组成，如图2所示。关键部件磁力传动器由外磁转子、内磁转子及不导磁的隔离套组成。磁力泵是根据永磁体的特性“同极相斥、异极相吸”的原理，利用永磁体的磁力传动实现扭矩无接触传递的一种新型泵，由电机带动外磁转子总成旋转，通过磁场的作用，磁力线穿过隔离套带动内磁转子总成和叶轮同步旋转。由于介质封闭在静止的隔离套内，从而达到无泄漏抽送介质的目的，彻底解决了机械传动泵的轴封泄漏问题，消除了炼油化工行业易燃、易爆、有毒、有害介质通过泵密封泄漏的安全隐患。图1 输油站密度计撬座流程图图2 磁力泵结构图作者简介：王永刚（1979—），男，2003年毕业于兰州理工大学，工程师，现从事石油天然气管道工程建设、设备运维方面的工作。

- 56 -技术交流石油和化工设备2019年第22卷1.2 密度计撬座用磁力泵和油品输送同步运行，为密度计不间断供给高于管道油品输送压力的油品（10MPa左右），具有耐高压、连续不间断运行等特点，对磁力泵的稳定性要求很高。密度计撬座磁力泵性能参数如表1。表1 HPGS 1X1X5 CA1磁力泵性能参数名称型号过程联接流量扬程电机功率材质参数HPGS 1X1X5 CA11” ANSI Class600 RF法兰3m/h12m1.5kW3名称转速电机防爆等级防护等级绝缘等级供电参数2900rpmEExd IIBT4IP55F三相三线制380V AC.50Hz泵体、叶轮及法兰：316SS；压力壳：钛合金；轴承：炭化硅2 常见及极端故障及解决措施2.1 磁力泵发生汽蚀2.1.1 气蚀产生的原因分析气蚀现象（或汽蚀现象）指流体在高速流动和压力变化条件下，与流体接触的金属表面上发生洞穴状腐蚀破坏的现象。当叶轮入口处压强下降至被送液体在工作温度下的饱和蒸汽压时，液体将会发生部分汽化，生成的气泡将随液体从低压区进入高压区，在高压区气泡急剧收缩、凝结，其周围的液体以极高的速度冲向原气泡所占空间，产生高强度的冲击波，冲击叶轮和泵壳，发生噪音引起震动。即产生气蚀现象的本质原因是入口压力小于流体输送温度下的饱和蒸汽压。由于长期受到冲击力反复作用以及液体中微量溶解氧的化学腐蚀作用，叶轮局部表面出现斑痕和裂纹甚至成海绵状损坏。气蚀现象主要发生在叶轮外缘叶片及盖板、涡壳或导轮处，不会发生在叶片进口处。2.1.2 气蚀解决措施针对故障，发生汽蚀时应马上停泵，避免严重汽蚀工况应从解决以下原因入手：首先，针对泵起泵前未完全充满液体，要从磁力泵出口高点排放泵腔所有的蒸汽或空气。其次，针对吸入管线堵塞，要及时清理、检查泵前过滤器和阀门，保证装置汽蚀余量NPSHa大于泵必需汽蚀余量NPSHr。对于新投运的装置，磁力泵的泵入口滤网容易被管道中的铁锈等杂质堵住，当泵入口滤网被堵住1/3及以上时，应及时清理滤网，防止泵长时间低于最小流量运行。新装置投运的半个月内，磁力泵入口滤网建议隔几天清洗一次，随后清洗频率可逐渐降低。2.2 泵干转2.2.1 泵干转的危害磁力泵干运转，这是造成磁力泵轴承损坏的原因之一。泵干转最容易损坏轴承和磁钢，通用的磁力泵不允许泵干运转，因为磁力泵的内部冷却可以让磁涡流热被带走以及滑动轴承的冷却、润滑。当内、外磁转子在同步转动时，产生的磁力线切割静止的隔离套，产生大量的磁涡流热。如果磁涡流热不被带走，产生的高温导致内、外磁转子消磁，电机虽然转动，但不能输出介质。2.2.2 干转解决措施本型号的磁力泵，其联轴器箱体上设计有隔离套温度检测孔，可在此孔中安装匹配的温度探头和传感器，将温度信号远传至总控系统，实时监测隔离套温度，一旦温度达到高报值，则说明磁力泵在干转，系统自动报警并停泵。可有效避免转子退磁。2.3 泵体运行温度持续升高2.3.1 泵体运行温度持续升高的危害泵体温度在运行过程中持续升高，说明泵运行时轴承产生的热量和内外磁环产生的涡流热没有被流体带走或轴承损坏，这将导致该泵消磁或严重损坏泵叶轮、轴承座等主要部件[1]。2.3.2 解决措施过滤器堵塞将会截流管道液体，导致泵运行产生的热量无法被带走。检查过滤器是否被堵塞，往往是解决这一问题的关键因素，可以优先

第8期 王永刚等 HPGS系列磁力泵在输油管道中应用及故障分析- 57 -确认。若过滤器未被堵塞，就需要拆卸泵，检查轴承是否完好以及轴承座、叶轮等部件是否有摩擦现象，安装的间隙等是否合适。2.4 泵传动部件安装间隙不当2.4.1 安装间隙不当的危害磁力泵传动部件安装间隙不当，泵内各处定位尺寸出现偏差，是导致磁力泵运行后滑动轴承磨损的主要原因。2.4.2 间隙不当解决措施该型号磁力泵传动部件安装时，应严格按照以下要求进行组装调试[2]。2.5 磁力泵极端故障2.5.1 极端故障现象及原因2016年，用于成品油管线上的该型磁力泵在运行时（压力8MPa），突然爆喷，情况非常危险，在这种情况下极易发生着火、爆炸。（1）排查确认过程①排查确认密度计撬座除磁力泵外，其它各连接处是否有漏油现象。经确认，其它各连接处无漏油现象。②确定磁力泵机组漏油位置，经排查确认，成品油从磁力泵和电机的连接体处泄漏。随后，对泵和电机进行分体，并对泵进行解体查找原因，解体后发现，HMD磁力泵内磁环外的隔离套焊缝开裂，如图3。图4③再将隔离套、内磁环、叶轮组合件解体，发现内磁环外吸满了微小的铁粒，内磁环在隔离套内的安装间隙并不大（单边1.5mm左右），铁粒轮廓的外径和隔离套内径相当，叶轮、轴、轴承等其它部件肉眼没法检查，如图4。④确定隔离套焊缝开裂的主要原因。委托兰州海兰德泵业对磁力泵机组进行检测，结果是：内转子金属包封磨破；内转子由于高温摩擦部分磁性消失，扭矩已不能达到使用要求；轴承外圈有磨损，内磁转子运转有些偏心，跳动指数超标。（2）原因分析由于内磁转子上吸附的铁粒越积越多，多到铁粒和承受15MPa压力的隔离套内环表面接触，内磁转子在外磁转子的驱动下高速旋转，内磁环外吸附的铁粒和隔离套形成高速摩擦，摩擦生热温度升高，隔离套强度在高温下迅速变弱，在高压力作用下，隔离套端部焊接区域是最薄弱的地方，故高压将焊缝撕裂。2.5.2 极端故障现象防范措施(1)应摒弃对磁力泵的认识误区，不要认为磁图3（下转68页）

- 68 -5 结论技术交流石油和化工设备2019年第22卷◆参考文献[1] 冯硕. P1井水平井生产测井仪器打捞技术研究及应用[J].钻采工艺，2017，40(5)：121-123.[2] 王永波，杨文明，刘静章. 水平井生产测井仪器输送工艺探讨[J].石油仪器，2006，20(2)：85-86.[3] 方丽，朱启东，王红梅. RIB仪器配接爬行器在水平井中的应用[J].石油仪器，2014，28(4)：37-38.[4] 胡海涛，陈雄，李卫华，等. Sondex牵引器在川渝油气田的推广与应用[J].国外测井技术，2013，(4)：42-44.[5] 罗学东，穆红旭，陈光建，等. Sondex爬行器[J].油气田地面工程，2010，29(4)：90-91.[6] 邵高平. 钻杆推进无电缆测井系统的实现[J].信息工程大学学报，2000，1(3)：30-32.[7] 罗荣，罗凤鸣，李双林. 存储式测井技术在塔河油田复杂井测井中的应用[J].石油仪器，2013，27(5)：80-82.[8] 李鹏翔，朱德怀，徐姣莲，等. 大斜度井和水平井的感应测井响应及围岩影响校正[A].石油学会测井专业委员会编.[9] ’94西安国际测井学术会议论文集[C].北京：石油工业出版社，1994. 收稿日期：2019-03-26；修回日期：2019-06-12（1）渤海油田大修大斜度井或水平井的测井技术，从常规的连续油管输送法，逐步发展引进了爬行器输送法及随钻输送存储式仪器法等新技术，打开了日益增多的复杂井大修的作业思路，为实现大斜度井或水平井大修井电测作业的高效实施，提供了一定保障。（2）针对不同施工工艺或技术，对于已出现或存在潜在风险的关键节点，再从施工质量、作业时效、作业成本和作业安全把控等方面综合考虑，需要对其缺陷或不足进行改良或升级，以最大程度地规避作业风险，确保作业质量和作业安全。（3）对于不同井况的电测作业工艺选择，除了作业成本及时效因素外，还得充分考虑作业平台的场地和对该工艺的适用性，以最大程度确保施工的成功率。（上接57页）力泵是免维护的泵。(2)如图1所示，泵前过滤器为一般过滤器，设计选型不合理，需将泵前过滤器更换或改造为磁性过滤器，可以有效地吸附铁粒，预防其吸入泵被内磁环吸附。(3)至少每半年对泵前过滤器进行检查和清理，每两年对泵进行解体检查内部叶轮、轴承、轴、内外磁转子、隔离套、垫片等主要部件，检查内磁转子吸附铁粒情况，及时掌握设备使用情况，做到心中有数。3 结语通过对HPGS系列进口磁力泵在输油管道使用过程中遇到的常见和极端故障等问题的分析，使用单位在使用及维护中，要落实设备本质安全和日常巡检，并且在投产阶段和平稳运行阶段采用不同的关注度和方法，要勤于积累、分析、总结故障，形成符合运行维护规律的维检修管理规程，更好地保障生产平稳运行。◆参考文献[1] 赵克中. 磁力驱动技术与设备[M].北京：化学工业出版社，2004.[2] HMD HPGS系列0号机座磁力驱动泵维护指南[Z]. 收稿日期：2019-05-05；修回日期：2019-06-18