油气储运叶轮切割技术在磁力离心泵中的应用曾忠刚1温秀荷1索杏兰1顾永超1江沙2龙珂1李陶1 1.中国石化西北油田分公司，新疆库尔勒842017 2.中国石化中原油田分公司，河南濮阳457000离心泵使用过程中，由于泵选型不当或工艺发生改变，导致泵的扬程偏大，扬程富余太多，泵出口阀门开度非常小，节流损失大，排量受到限制，造成工况不稳，调节困难。为使泵满足现场工艺要求，可采用切割叶轮的方法进行调整。离心泵采用切割叶轮的方法，可以改变泵的性能参数，解决泵的匹配性。通过分析低比转数离心泵叶轮切割指数，采用切割指数与比转数曲线拟合的方法计算叶轮切割参数，结果与实际吻合较好。适当减小叶轮外径，在转速不变的条件下降低泵的流量、扬程和功率，提高泵的比转数，改变泵的性能参数，有效避免了磁力离心泵轴承和磁钢的损坏，确保安全运行。

　　叶轮；切割；磁力离心泵；应用0前言中国石化西北油田分公司雅克拉末站凝析油卸油台设有2台磁力离心泵，型号为CQB80-50-250A，主要承担单井来凝析油倒装进罐任务。磁力离心泵由电动机、磁力偶合器和耐腐蚀离心泵组成。其主要特点是利用磁力偶合器传递动力，完全无泄漏，当电动机带动磁力偶合器的外磁钢旋转时，磁力线穿过间隙和隔离套，作用于内磁钢上，使泵转子与电动机同步旋转，无机械接触地传递扭矩。磁力离心泵从投产运行以来，存在如下问题：由于泵设计扬程偏高，扬程富余太多，致使泵出口阀门开度非常小，节流损失大，排量受到限制，造成工况不稳，调节困难；泵运行时振动严重，噪音大，机械故障频繁，泵的轴承和磁钢经常损坏，危及安全运行；电流己经达到电机额定电流，长期过热运行，电气故障频繁，降低电机的使用寿命；电能损失大，运行效率低，不利于节约能源。

　　1解决方案由于磁力离心泵选型不合理，与现场工艺匹配不佳，泵的实际工作点并不处于佳工况点。流量及扬程通过出口阀门予以调节，泵系统的管路特性曲线将发生变化，泵效率偏低，电能无功损耗严重。检修人员往往根据表面现象，进行简单维修处理，没有从根本上解决问题。

　　虽然可以采用换型和变频调速的方法进行解决，但成本高、工艺复杂，难用于实际生产。叶轮切割技术可改变磁力离心泵的工况，成本极低，应用前景广阔。

　　为了解决以上问题，决定采用叶轮切割的方法，适当减小叶轮外径，在转速不变的条件下降低泵的流量、扬程和功率，提高泵的比转数，改变泵的性能，满足现曾忠刚（1983-），男，四川绵阳人，助理工程师，学士，2006年毕业于武汉理工大学油气储运工程专业，现从事油气集输工作。

　　天然气与石油2方案的实施2.1磁力离心泵的比转数n――泵的比转数；n――泵的额定转速，r/min；Q泵的额定流量，m3/s；H泵的额定扬程，m.由计算结果可知，此泵属于低比转数离心泵。2.2离心泵的切割定律泵的性能参数取决于它的几何参数和介质的流动参数，切割定律必须采用理论与试验研究相结合的方法进行确定。在多数中，切割定律表述为当叶轮直径变化不大、转速不变时，叶轮经切割后叶片出口角、叶轮出口面积、泵效率基本不变，近似满足相似条件。

　　叶轮直径和流量、压头、轴功率之间的近似关系为：流量比：扬程比：功率比：――――叶轮直径为D2时泵的性能；Q、H、N叶轮直径为认时泵的性能。

　　上述公式计算比较简单，理论基础是几何相似和叶轮进口速度三角形相似，对于比转数较高的离心泵计算较准确。对于比转数ns=15~250的低比转数离心泵，会产生较大误差。

　　低比转数离心泵，叶片出口角较大，从进口到出口或者靠近出口处叶片角是递增的。切割前后的出口速度三角形不再保持相似。因此，通过切割前后出口速度三角形相似推导出的切割定律，对低比转数离心泵不再适用。对于低比转数离心泵，当切割量D2/D20.85时，则有：b2、b2叶轮切割前后的叶片出口宽度，mm；中2、屮2叶轮切割前后的叶片出口排挤系数；叶轮切割前后的叶片出口轴面速度，m/s；Vn、V2n叶轮切割前后的叶片出口圆周分速U2、U叶轮切割前后的叶片出口圆周速度，m/s.合出切割指数和值。

　　但实际上，影响k1和k2值的因素很多，用纯解析计算的方法来求得和值误差较大。在对27种单级单吸泵、10种比转数的泵进行大量试验的数据基础上，归纳出k1和k2的取值，主要针对不同比转数的泵进行研究。

　　并采用归纳、统计和曲线拟合的方法，得出了k1与比转数ns之间的关系曲线见，k2值与比转数ns之间的关系曲线见。

　　此种方法对低比转数泵的叶轮切割更具有指导意义，所以我们按照的图式方法确定切割指数进行叶轮切割。指出介质的粘度对叶轮切割指数有较大影响，但是磁力离心泵所输送的凝析油粘度流量比Q=扬程比油气储运为1.5mm213/s，与水接近，所以计算误差不大。

　　2.3实际计算2.3.1计算管路所需要的扬程Zi终点高程，m；Z2起点高程，m；V介质流速，m/s；i局部阻力系数；hf沿程摩阻，m. 的扬程余量，经计算要求切割后泵的扬程为H=60m. 2.3.2计算切割后性能参数从k1与比转数ns之间的关系曲线和k2与比转数ns之间的关系曲线，查得k1=1.18，k2=1.99，将k1和k2值代入式（5）~（7）计算可得：叶轮切割后的直径为216.4mm，流量为42.17m45678/h，轴功率为15kW.泵切割前后实验性能参数，见表1~2.表1泵切割前实验性能参数叶轮直径D/nm流量Q/扬程转速n/比转数轴功率效率表2泵切割后实验性能参数叶轮直径D/nm流量Q/扬程转速n/比转数轴功率效率泵叶轮切割后，由于叶轮直径减小，叶轮做功能力减弱，扬程和功率减小。效率有所升高，主要是因为泵的容积效率和机械效率增大。

　　2.3.3相对误差分析磁力离心泵叶轮直径从250mm切割到216.4mm后，其性能参数的相对误差见表3.表3相对误差分析表流量相对误差~扬程相对误差~功率相对误差2.3.4切割量大小分析此泵属于低比转数类型，因为切割量只有13.44 <20，满足表4叶轮允许切割量。

　　表4比转数和叶轮允许切割量项目比转数2.3.5泵切割前后性能曲线图切割后的性能曲线和切割前的性能曲线见。

　　泵切割前后性能曲线结论叶轮切割后泵的Q-H特性曲线符合现场生产要求，通过对磁力离心泵叶轮进行切割测试，表明所采用的公式计算与实际吻合较好，满足现场生产要求，对低比转数离心泵的叶轮切割具有指导意义。

　　采用切割叶轮的方法，可以减少叶轮对流体做功，降低了泵的扬程，减少节流过程中的能耗，是提高泵效率、节省能耗的一种有效方法。同时解决泵的匹配性问题，调整泵的工作点和工况，有效避免了轴承和磁钢的损坏，确保安全运行，达到了预期效果。

　　1何希杰。离心泵叶轮切割定律的研究。水泵技术，1982，3