蒸汽注热锅炉给水柱塞泵水温影响运行效率问题

引言

该文章对国内某海上稠油热采平台蒸汽注热锅炉给水柱塞泵入口水温高影响运行效率的问题进行分析研究，通过对设计文件以及锅炉、热力除氧器、柱塞泵等厂家资料进行分析，通过现场实验，最终确定了高温影响柱塞泵运行效率的原因，最终采取措施保证了蒸汽注热锅炉给水柱塞泵的稳定运行。

1 问题描述

国内某海上稠油热采油田蒸汽注热系统调试过程中，在热力除氧装置达到设计温度运行后，发现如下问题：

（1）现场调试前检查发现锅炉给水柱塞泵铭牌要求入口温度小于75℃，但现场实际运行温度在42-105℃之间，实际操作温度与泵设计温度不相符，经过分析泵内部设计文件，现场更换了泵内部非高温密封圈部件（含进排液阀组、泵出入口连接件、安全阀），满足现场实际使用温度的需求。

（2）热力除氧器设计操作温度158℃，操作压力480KPa；注热系统逐步上提热力除氧器温度至120℃左右时，锅炉给水柱塞泵入口温度就超过90℃了，给水泵的流量从10方/小时下降到4方/小时，锅炉给水柱塞泵入口温度升高后泵效降低严重。

（3）本项目设计上在热力除氧器出口会经过板式换热器给海水淡化系统入口海水加温至25℃左右，但夏季工况海水温度高于25℃，板式换热器不需要投用，因此，除氧器出口至锅炉给水柱塞泵淡水未经过换热器降温，直接进入蒸汽注热锅炉给水柱塞泵，进一步加剧了系统温度[1]。

2 原因分析

（1）本系统中有三台蒸汽注热锅炉给水柱塞泵，在调试前已更换高温密封圈（含进排液阀组、泵出入口连接件、安全阀），现场测试在入口水温达到实际运行温度时（42-105℃），未出现渗漏问题。

（2）根据理论数据推算，饱和水蒸气压力温度对照详见下表1，在泵入口压力高于某温度对应的水蒸气绝对压强时，不会产生气化影响蒸汽注热锅炉给水柱塞泵出口流量。

（3）粗红线为主加热蒸汽（深度除氧），细红线为辅助加热蒸汽（初步除氧）。深度除氧阶段大部分蒸汽通过喷嘴进入除氧器底部，而除氧器出口水管也在底端，当需要提高除氧器内温度时必然加大蒸汽量，蒸汽可通过除氧器与蒸汽注热锅炉给水柱塞泵连接管线进入泵体，造成泵流量不稳定。此种工况虽然管道内压力稳定，但基于上述原因柱塞泵入口实际供水中含有水蒸气，造成实际供水量不足。

（1）随着热力除氧器温度逐步增高，因出口板式换热器换器在夏季不需要投用，不能把进入管道的蒸汽冷凝为液态水；造成蒸汽注热锅炉给水柱塞泵内部含有水蒸气，发生泵气蚀，引发泵效降低以及泵高震动。

（2）通过以上分析，确定了问题的基本原因，现场组织以下实验论证工作：启动热采注气系统锅炉和热力除氧器，将热力除氧器内温度调至100℃左右，不进行热力除氧工作，避免热力除氧蒸汽进入管道，保证进入柱塞泵入口为90℃左右的不含蒸汽的纯水，启动蒸汽注热锅炉给水柱塞泵观察泵效及泵震动情况[2]。

图1 无头除氧器工艺示意图

3 解决方案建议

（1）通过以上实验后发现，未发生蒸汽注热锅炉给水柱塞泵的高震动问题，泵效降低10%左右，基本满足现场使用情况。通过现场试验证明之前运行工况下，管道内部有水蒸气进入锅炉给水柱塞泵，导致泵气蚀，发生泵体震动及泵效降低严重。

根据注汽锅炉及热力除氧器技术指标，当热力除氧器在水温104℃，压力20kPa便可除去水中95%以上溶解氧，达到锅炉水质要求；现场将热力除氧器温度降到104℃，压力降到20kPa，蒸汽注热锅炉给水柱塞泵入库水温降到了70℃以下，现场蒸汽注热锅炉给水柱塞泵流量及震动满足设计要求。

（2）现场通过对蒸汽注热锅炉给水柱塞泵进一步拆解，发现前期更换密封圈和泵进出口阀板耐高温材质时未考虑进出口阀板（PTFE材质），该材质不适用于高温运行情况。由于泵进出口阀板材质为非金属材质，热膨胀系数和泵体的金属材质不一致，在高温下运行可能会出现阀板卡滞的现象，导致蒸汽注热锅炉给水柱塞泵运行可靠性降低（泵入口压力波动大、泵流量下降）。

经过对蒸汽注热锅炉给水柱塞泵阀板（PTFE材质）更换为耐高温金属阀板，经过一个轮次油井蒸汽注热的耐久性使用，蒸汽注热锅炉给水柱塞泵稳定运行[3]。

4 结束语

（1）对于到达现场的设备，如果实际运行与设备设计参数发生变化时，要进行全面系统性分析，对设备改造要全面，避免产生遗漏情况。

文章来源：《江汉石油职工大学学报》 网址: http://www.jhsyzgdxxb.cn/qikandaodu/2021/0708/939.html