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摘 要 ： 在海上油田开发中,当新油田依托已建平台进行开发,即涉及到对原有设施进行能力的升级和改造.其中,对平台主要工艺泵的改造属于较为普遍和常见情况.本文将通过海上番禺4-2油田外输泵改造的实际案例,对平台泵改造的策略和措施提供借鉴及良好思路.
Abstract： In the development of offshore oil fields, in the development of new oil field relying on the pleted platform, the upgrading and rehabilitation of operation ability of the original facilities is necessary. And the renovation of the major technology platform pumps is always the case. The paper, through analysis on the case of transportation pump reconstruction of offshore Panyu 4-2 oil field, provides good ideas and reference for the strategies and measures for platform pump retrofit.
关 键 词 ： 老平台泵改造；原油外输泵；改造策略；泵性能曲线分析
Key words： original platform pump retrofit；crude oil transportation pump；reconstruction strategy；curve analysis on pump performance
中图分类号：TE34 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）13-0043-03
0 引言
近年来,在海上油田的开发中,为了充分开发油田资源、提高利用效率,各海上油田区块内的各类中、小型油田相继投入开采.此类周边油田多设置中、小型井口平台,可以降低投资、提高油田收益率,其系统简单,不设完整的工艺处理设备,而接入周边已有的较大型平台进行依托开发.而随着新物流的接入,则涉及到对已有平台工艺管网和处理、外输设备的改造和升级问题.
其中,新物流的接入
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1.原油外输泵改造方案
1.1 概述 对老平台的改造工作主要应考虑几个重点：①对老平台设施能力的校核；②平台或FPSO（浮式储油轮）上是否有足够的设备改造、升级空间；③改造工作是否会影响平台的正常生产；④海上的施工作业是否易于进行.而对原油外输泵的改造工作也同样应考虑这几点问题.
1.2 现有平台外输泵能力校核 由于新建番禺10-2 A平台将通过海底管线将物流混输（原油&水&天然气）至番禺4-2 DPP平台进行处理,届时将引起番禺4-2 DPP平台原油外输量的变化,因此需要对原油外输泵进行能力校核.
番禺4-2 DPP平台各年配产及外输量、外输压力列表（包括新物流加入）,如表1.
1.3 原外输泵选型[1] 番禺4-2 DPP平台原外输泵选型参数如下：①制造厂家：Flowserve,泵型：4HPX18A、单级悬臂泵,转速：2985rpm,叶轮直径：409mm；②总外输量：222m3/h,单台泵设计能力：135m3/h（Max）,入口/出口压力：150/2400kPa；③选用台数：3台、2用1备；运行工况：第1～3年2用1备,其后年1用2备；④电机额定功率：200kW、50Hz,无变频,流量低时采用打回流运行.
1.4 新物流加入后参数变化及工况分析 经工艺校核,随新物流的接入,将使番禺4-2 DPP平台外输系统的处理量超出原能力约57%.且随着外输液量的增加,将导致平台海管的外输压力发生较大变化,经工艺测算,新的海管外输参数达到349m3/h@3400kPa,外输流量及压力已超出原外输泵能力较多.
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针对新工况,番禺4-2 DPP原外输泵工艺设计参数的变化如表2（按最大工况考虑）.
可见,当新物流接入后,原番禺4-2 DPP原油外输系统的扬程和流量都同时发生了提升.根据该外输泵性能曲线（见1.3节）,在目前采用直径409mm普通叶轮条件下,不同流量条件下的理论扬程及轴功率的对应关系为表3.
由此可见,根据工艺参数及泵性能曲线,若进行改造,将面临以下几个主要问题：
问题1,流量提升：原外输泵的性能曲线较平坦（见1.3节）,扬程随流量变化的幅度较小,若通过增加1台相同规格的泵进行并联使整体流量提升,而单台泵的流量可降到100m3/h,但根据性能曲线,该点可达到的扬程为253m,仍无法满足要求；
问题2,扬程提升：根据Flowserve厂家确认,在原泵型基础上通过更换较大叶轮的方式,泵扬程最高可提升到约300m,但仍无法满足新的最大扬程要求；
问题3,驱动电机规格：原外输泵的驱动电机铭牌功率为200kW,根据泵性能曲线,当流量达到175m3/h→235m时所需的轴功率已达到200kW,则更换较大叶轮就需同时更换较大功率电机,且还需要更换成更大底座,由此带来的变动较大. 问题4,运行适应性：根据配产,原外输泵只在投产后第一至四年不满足要求,第五年开始即可满足.因此应考虑改造后使外输泵仍能较好适应产量下降后的工况.
1.5 改造方案分析[2] 基于以上分析,为满足新的外输要求,可提出以下两个改造方案：
方案1：原3台外输泵泵型不变,更换高效叶轮（经Flowserve确认,通过更换高效叶轮可提升原泵性能：175m3/h/台、进/口压力150kPa/2400kPa）；同时新增3台后增压泵,与原泵串联运行.
注—还应对新设增压泵的合理摆放位置进行论证：若增压泵位于原泵之前,则原泵的压力等级、密封情况等可能已不能满足新工况的要求,且考虑到原泵在长时间使用中的能力下降、老化等因素,因此采用将新泵置于原泵之后、作为后增压,更为合理、可靠.
方案2：将原3台外输泵全部更换为大泵,且需改变泵型.
结合厂家信息,外输泵改造方案各参数如表4.
1.5.1 改造方案优缺点分析：
方案1：①新泵与原泵为串联运行,启停泵时的操作较为复杂,需制定合理的启动程序,但当前、后泵状态达平稳时可实现稳定运行；②改造时可利用备用泵进行轮换作业,若计划合理,可在避免平台停产或仅减产的条件下完成改造工作；③后增压泵功率为90kW/台（电机功率）,可采用低压供电回路；而原外输泵更换叶轮的作业较简单,可在1天内完成；④根据配产（见1.2节）,投产后第一年至第四年,采用原外输泵+后增压泵串联可满足外输,第五年后仅运行原外输泵可满足.
方案2：①原3台外输泵更换为多级离心泵,橇体需全部更换,之后功率为355kW/台（电机功率）,需采用平台中压供电回路,改造较困难,需在平台停产的条件下进行；②新泵的设计流量较大,而对第五年开始产量递减后的适应性较差,届时将长期运行在低效率区或者需大部分打回流运行,效率较低；③将原外输泵全部更换较不经济,且更换为多级泵,总体投资大大增加.
1.5.2 小结 最终确定的改造方案：采用原外输泵换芯+新设增压泵——增压泵在后.
①原外输泵：对现有4HPX18A泵叶轮尺寸进行调整,由409mm叶轮换成457mm叶轮,使外输泵流量满足175m3/h,进/出口压力为150～2400kPa.
②新设增压泵：共3台、2用1备,与原外输泵实现一一串联；流量175m3/h,扬程104m,进/出口压力2400kPa～3400kPa；泵型4HPX13A（Flowserve）,采用单级悬臂泵,转速2975rpm,叶轮直径285mm；电机额定功率90kW（50Hz）、无变频.
2.结论
对于在平台上进行设备改造而言,除了设备投资及改造本身如安装、调试等所需的工作量和时间外,采取何种改造方案以减少对平台正常生产的影响才是最关键的,若引起停产,则影响和经济损失都较大,是平台生产的大忌.
总结而言,有关平台泵改造的设计关键点如下：
①首先应制定合理的、对平台生产影响性最小的改造方案,如本项目中不需将原泵进行全部更换而新设后增压泵,这样可使改造工作量最低；同时,在良好的现场规划下,可利用备用泵与生产泵之间的轮换,实现在线不停产或只是短时间内减产条件下的改造.
②泵和泵的串联在操作上是可行的,只是在操作上有一定复杂性,要注意合理的前后泵启动程序：按照flowserve厂家推荐,新增压泵位于原外输泵之后,原泵出口管线上设最小回流阀；串联时,先启动原泵（前泵）及打开回流阀,待启动一段时间后前泵运行平稳,即启动后增压泵及打开其出口阀门；待两台泵都运行平稳后,通过调节总出口流量调节阀使串联线路的流量逐步达到设计的175m3/h.即启泵时应以使串联的前后泵在同时运行的状态下达到稳定运行为首要目标,之后再将流量提升到要求的范围.
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③原外输泵换芯与后增泵应尽量考虑选用同一厂家的产品,这样可保证设计的统一性,使改造工作精确、到位.
④为不影响原泵的压力等级和机械密封条件,将新泵置于原泵之后作为后增压更为稳妥,因不会影响原泵之前的管线连接,其改造工作量更小,且原泵运行可不受新工况影响.
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⑤改造的目的是满足生产要求,但也要考虑设备对后期低产量的适应性.本项目即没有为了满足前期的高流量和压力而将原泵全部换新,这样到后期产能下降时,原泵的运行适应性仍较好.
⑥为减少延程管线的压降和损失,新泵与原泵应设置于同一层平台,且相隔距离尽量靠近.
⑦后增压泵的参数及购置需待原泵换芯数据的落实后再作确定,且这类泵的制造周期较短（总需3～4个月）,可随时方便采办.
参考文献：
[1]产品选型信息取自Flowserve厂家已采购泵产品信息.
[2]改造方案及泵价格信息由Flowserve厂家提供,2012.
[3]曹宏.原油外输泵结垢原因分析及治理对策[J].石油石化节能,2012/11.
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