成应杰

【摘 要】某天然气处理终端接收海上平台天然气来气，上岸天然气在陆地处理终端经过吸附剂脱汞、MDEA脱碳、分子筛脱水、膨胀机制冷、液烃分馏等一系列生产工艺处理，得到合格天然气和凝析油等液态产品。在上述生产工艺流程中，各个单元的含油污水经过排污流程进入闭排单元，通过污油泵输送至污水处理系统。由于进入闭排系统含油污水组分与设计存在偏差，以及建造期间污油泵选型不合适等，造成闭排系统污油泵启泵时出现故障，具体表现为污油泵频繁气锁，影响闭排系统正常运行。文章对该天然气处理终端闭排系统工艺流程进行分析，并查阅相关文献，对比污油泵设计参数与现场实际参数，分析造成污油泵运行异常的具体原因，并提出了相应的解决措施，使闭排系统恢复正常运行。

【关键词】闭排系统;污油泵;气锁现象;工艺流程

【中图分类号】TE9;TE2 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2022）02-0114-03

0 引言

某天然气处理终端闭排系统污油泵采用自吸式离心泵，该泵的入口管线连接闭排罐底部，出口输送至污水处理系统，自吸式离心泵在启泵时将泵入口管路中的液体吸入叶轮，在叶轮内混合后进入气液分离室将气液分离，气体被排出泵外，液体回流到吸入室直至吸入管内充满液体，达到正常输送液体的目的。停泵后有一部分液体留在吸入室内，再次启动泵时，留在吸入室内液体继续在泵内循环，便于下次快速启泵。该处理终端各工艺系统单元去往闭排系统的流体组分复杂，除了含油污水，还含有较多稳定轻烃、凝析油等组分，造成闭排系统内的流体组分偏轻，通过自吸式离心泵外输时存在大量气体挥发形成气锁，从而影响油泵正常运行。为解决该工艺故障，需要通过控制闭排系统入口组分及优化设备操作流程等措施，控制污油泵入口流体中气体的含量，消除气体影响，使污油泵恢复正常运转。

1 闭排单元流程简介

天然气处理终端各个工艺系统排放的含油污水通过排污管线，经汇集后进入闭式排放罐，待闭式排放罐液位到达高报警值时，需要现场手动启动污油泵降低闭排罐液位，闭式排放罐操作压力为常压，液相经污油泵增压后输送至污水处理系统或稳定凝析油储罐进行沉降脱水处理。闭排单元流程如图1所示。

2 污油泵工作原理、操作程序及系统运行参数

2.1 污油泵工作原理

泵体内部由吸入室、储液室、气液分离室等组成，正常启动后，叶轮将吸入室中的液体和泵入口管路中的空气一起吸入，在叶轮高速旋转产生的离心力作用下被抛入气液分离室，由于气体和液体的比重不同，所以气体将从泵体上部逸出，而液体则从下部返回叶轮重新与入口流体混合，在叶轮的持续作用下，使泵体入口形成一定的真空度，从而达到自吸的目的。自吸式离心泵之所以能把液体送出去是由于离心力的作用，当叶轮转动时，叶片促使内部流体快速旋转，被加速旋转的流体在离心力的作用下从叶轮中被输送至泵出口，叶轮的中心部分形成真空区域。自吸离心泵启动前一定要向泵壳内充满水方可启动，否则将造成泵体发热、震动、出液量减少等异常现象，对泵体造成损伤[1]。

2.2 设备操作程序

（1）自吸式离心泵的启动流程如下：①确认闭排罐内部液位在30%以上，确保泵入口有足够的流体来源;②打开泵入口阀门;③从引流口泵腔内部加注自来水，进行首次引流，拧紧引流口端盖，防止漏气影响自吸效果;④将泵出口阀门调整至小开度;⑤启动现场操作柱旋钮开关;⑥打开泵出口管线压力表排放阀，对泵体进行排气;⑦缓慢增大泵出口阀门的开度，根据泵的运行电流和泵出口压力对泵的出口阀门开度进行调节。

（2）自吸式离心泵的停泵流程如下：①缓慢关闭泵的出口阀;②将现场控制旋钮切换至“停止”状态;③关闭泵入口阀门。

2.3 闭排罐主要运行参数及操作注意事项

（1）闭排罐主要运行参数见表1。

（2）操作注意事项：操作时需要控制好闭式排放罐的液位，严禁冒罐。同时，现场操作人员要注意检查现场液位计的读数是否与中控DCS远传数据一致，确保液位显示正常[2]。

3 问题描述

投产至今，该天然气处理终端闭排单元的污油泵运行效率低，在启泵过程中频繁发生气锁现象，使泵无法正常运转，严重影响了闭排系统的稳定运行。现场操作人员对泵体进行排气，但运行一段时间后仍会发生气锁，频繁发生气锁一方面会造成闭排罐的液位无法得到控制，另一方面会加速损坏泵体，因此需要对产生气锁的原因进行深入分析，采取合理有效的措施提高污油泵的运行效率。

4 原因分析

自吸式离心泵的理论安装高度又称泵的允许安装高度（亦称允许吸上高度），是指泵的吸入口中心线与闭排罐底部可允许达到的最大的垂直距离。为了避免发生气锁现象，泵的安裝高度必须调整至合适值，泵的允许安装高度计算公式如下：

HS=（P0-Pv）/ρg-△H-Hf

上式中，△H为理论允许气锁余量;Hf为沿程摩阻损失;HS为泵的允许安装高度;P0为闭排罐内部压力;Pv为自吸式离心泵吸入口压力;ρ为流体介质的密度。

各工艺系统排放至闭排罐的流体介质组分不同，主要分为凝析油、稳定轻烃、含油污水等，因此不同组分计算出的允许安装高度各不相同。研究人员可以通过化验各组分的密度，利用泵的安装高度计算公式计算出不同操作条件下和不同流体介质条件下污油泵相应的允许安装高度[3]，具体计算结果见表2。

从表2的计算结果可以得出，污油泵在不同流体介质和操作条件下泵的理论安装高度，将理论计算结果和污油泵的实际安装结果对比可以得到以下结论。

（1）若闭排罐内的介质是常温状态的含油污水，污油泵的安装高度合理，能够顺利吸入流体介质，保证污油泵稳定运转。

（2）当闭排罐内的流体介质为高于53 ℃的含油污水时，含油污水的饱和蒸汽压偏高，泵的实际安装高度略大于理论计算的允许安装高度，自吸式离心泵能够顺利吸入流体介质，但是偶尔会出现气锁。

（3）当闭排罐内的流体介质为常温凝析油时，凝析油的饱和蒸汽压过大，泵的实际安装高度大于理论计算的允许安装高度，凝析油在泵吸入口气化，产生气锁。若当闭排罐内的凝析油温度高于常温，则会使凝析油的饱和蒸汽压更高，加剧气锁现象。

（4）当闭排罐的流体介质为常温稳定轻烃时，轻烃的饱和蒸汽压过大，泵的实际安装高度大于理论计算的允许安装高度，轻烃在泵吸入口气化，产生气锁。若当闭排罐内的稳定轻烃温度高于常温，则会使稳定轻烃的饱和蒸汽压更高，加剧气锁现象。

5 解决措施

根据上述分析，该天然气处理终端的污油泵频繁气锁是由于闭排罐内部流体介质饱和蒸汽过大，泵的实际安装高度大于允许安装高度，导致流体介质在泵入口气化形成气锁。为保证污油泵正常运行，必须满足在正常操作条件下泵的实際安装高度小于泵的允许安装高度，由于泵的实际高度无法降低，所以必须提高泵的允许安装高度。从泵的安装高度的计算公式可以得出，若要提高泵的允许安装高度，则必须提高闭排罐的操作压力或改变闭排罐内部流体介质组分[4]，具体解决措施如下。

5.1 启泵前在闭排罐中加入适当的常温自来水

若闭排罐内流体介质为高于53 ℃的稳定凝析油时，流体介质的饱和蒸汽压较高，Pv /ρg值偏大，导致允许安装高度降低而发生气锁，此时可以通过向闭排罐加入20 ℃常温自来水的方式降低罐内流体介质的温度，从而降低流体介质的饱和蒸汽压，即降低Pv /ρg值，从而提高泵的允许安装高度。若闭排罐内部介质为稳定轻烃，饱和蒸汽压将更高，Pv /ρg值也更大，导致允许安装高度降低而产生气锁，此时可以采取同样的措施，向闭排罐加入20 ℃常温自来水，通过混合常温自来水降低稳定轻烃的饱和蒸汽压，降低Pv /ρg值，从而提高泵的允许安装高度。

5.2 启泵前对闭排罐适当加压

闭排罐的操作压力为常压，若提高闭排罐的压力，则P0/ρg值增大，从而提高泵的允许安装高度。通过泵的安装高度公式可以得到不同操作条件下，污油泵能正常运转时所需要的压力。具体的加压方式有两种：①通过接入氮气软管，连接至闭排罐顶部压力安全阀上游排放阀，关闭压力安全阀旁通隔离阀和所有进料来液，缓慢地使用氮气充压，当罐内压力达到0.08 MPa时，停止充压。②使用天然气充压，该天然气处理终端燃料气单元的缓冲罐底部设置排污功能，通过重力分离将水沉淀至罐底，通过一根2英寸（5.08 cm）管线连接至闭排罐，当需要向闭排罐补压时，可通过手动方式打开该2英寸（5.08 cm）管线上的液位控制阀，将缓冲罐液相排尽后，向闭排罐输送天然气，对闭排罐进行充压，当闭排罐压力达到0.08 MPa后，停止充压。

在充压过程中需要注意：公用站的气源接入要正确，严禁将空气接入闭排系统;充压时需要有专人监测闭排系统的压力变化，严禁超压，在闭排系统排液结束后需要及时将压力安全阀旁通隔离阀恢复至打开状态。

5.3 启泵后对泵体进行排气

在启动污油泵前，先将泵体出口隔离阀门保持关闭，当启泵后打开泵出口压力表排放阀，释放泵进出口管线内的气体，确保气体被排尽后再缓慢打开出口隔离阀，通过观察操作柱电流和泵出口压力表，调整阀门至合适开度，使操作电流达到额定电流，泵出口压力达到正常的操作压力。即，通过现场手动排气的方式对泵体进行充液，确保在启泵的过程中泵体中没有气体影响[5]。

5.4 优化工艺流程，减少闭排罐来液中轻组分的含量

闭排罐进料组分较为复杂，包括含油污水、凝析油、稳定轻烃等。根据上述分析，造成污油泵气锁的一个重要原因是来液中轻组分含量较大，导致启泵过程中气体分离使污油泵产生气锁，因此可以通过减少轻烃排液控制闭排罐来液组分。在现场生产操作过程中，当分馏单元出现工艺故障，如处理量、塔顶压力、塔底温度或者塔顶回流量不合适造成分馏塔或者塔顶分离器液位过高，此时需要及时打开排污管线向闭排罐排液，该操作会造成闭排罐进料中含有过多轻组分，因此可以通过适当调整分馏单元相关工艺参数，控制塔顶压力和塔底重沸器温度，适当减小分馏单元处理量，调整塔顶回流量，保持分馏单元运行稳定，从而避免闭排罐进料中含有过多的轻组分。

6 结论

本研究通过对天然气处理终端闭排系统污油泵工艺故障进行分析，从自吸式离心泵的允许安装高度这一角度作为突破口，分析对比允许安装高度理论计算值和现场实际值，找出影响污油泵正常运行的关键症结。同时，从闭排罐内部流体介质组分和操作压力两个方面展开研究，发现二者与污油泵气锁关联密切，在理论计算的基础上提出了解决方案。通过现场应用实践，证明所提出的方案切实可行，成功解决了污油泵频繁气锁的工艺故障，确保了天然气处理终端闭排系统的正常稳定运行。

参 考 文 献

[1]岳彬，李涛，张一鸣，等.不同工况下诱导轮对自吸离心泵气锁影响的研究[J].环境技术，2021，39（1）：106-111，132.

[2]王强.外混式自吸离心泵改造[J].通用机械，2019（4）：18-19，44.

[3]陈玉婷.浅谈自吸式离心泵的分类及选用[J].广东化工，2017，44（18）：154-155，171.

[4]马栋棋.自吸离心泵结构与性能分析[J].福建农机，2017（2）：21-23.

[5]武永生，刘建瑞，李红，等.新型自吸离心泵自吸结构设计与试验研究[J].排灌机械工程学报，2016，34（7）：579-583.