上游泵送机械密封在海洋石油平台的应用

高华 海洋石油工程股份有限公司设计公司，天津，300451

上游泵送机械密封在海洋石油平台的应用

高华 海洋石油工程股份有限公司设计公司，天津，300451

我国海洋石油领域采用的离心式原油外输泵多采用API PLAN53或PLAN 54的双端面带压机械密封方案。近年随着上游泵送机械密封技术及产品的不断成熟，此种形式密封得以在国内海上采油平台应用。本文针对上游泵送机械密封的原理及在国内海洋石油平台原油外输泵上的使用情况进行了描述，为今后此种形式密封在国内海洋石油领域推广提供了借鉴。

原油外输泵；机械密封；上游泵送密封；UPS

引言

机械密封相对于填料密封其密封效果好，泄漏量小，寿命相对较长。适用于输送石油及化工介质，可用于各种不同黏度、强腐蚀性和含颗粒的介质。美国石油学会对石油工业、重化学工业和天然气工业用离心泵规定：除非另有规定，应当装设机械密封。对于海上石油平台广泛应用的离心式原油外输泵，因其输送介质为易燃易爆具有危险性的原油，且要求设备连续长时间运行，对其的机械密封参照API 682要求多采用PLAN 53或PLAN 54的带压机械密封。

PLAN 53原理为使用一个有压的外部隔离液贮箱向密封室供送清洁液体，依靠一个内部的泵送环来循环液体，贮箱压力大于被密封的流程介质压力。PLAN54原理为使用一个有压的外部隔离液贮箱或系统向密封室供送清洁液体，依靠一个外部的压力系统或一台泵来循环液体，贮箱压力大于被密封的流程介质压力。

近年来随着上游泵送机械密封技术及产品的不断成熟，在国外海洋石油领域已经部分替代了PLAN 53或PLAN54，陆续得以推广使用。但国内海洋石油领域还鲜有应用。本文针对在国内某海上平台率先使用的上游泵送密封情况进行介绍。

1.密封原理

上游泵送机械密封是一种可以在一定条件下实现密封介质零泄漏或零溢出的新型非接触式机械密封[1]，试验研究也充分证实[2～3]了上游泵送机械密封在处于非接触状态下保证被密封流体的零泄漏。

上游泵送密封通过在密封端面上开一定形状的动压槽，在密封运转时，通过动压槽将液体从密封的低压侧泵送到高压侧，并在密封端面见形成一层完整的液体膜。液膜厚度一般在3um左右。由于此液膜的存在，端面间无接触磨损，使密封的泄漏量减少。目前已经开发的常见动压槽结构如图1所示，包括多圆叶台阶面型（a），周向雷列台阶型（b），直叶型（c），螺旋型（d）。在工程应用中，螺旋槽型密封效果最佳，可以获得最大端面液膜刚度[4]。

图1 常见密封端面槽结构型式

与普通的机械密封相比，由于密封摩擦副处于非接触状态，因此密封端面升温少，冲洗、冷却等辅助系统相应简化，大幅降低了消耗。而且由于密封端面磨损少，使用寿命大大延长。

2.应用实例

在南海某油田项目中，钻采平台上设置有三台原油外输泵，流量为250m3/h，扬程为94米，使用年限为20年。如采用API PLAN 53，需要为密封提供外部冲洗液流量为0.5m3/h，压力为400kPaG，平台上可供利用的冲洗液仅有淡水。而平台上淡水储备仅供于自持期间的人员使用，淡水系统压力低于200kPaG。如采用API PLAN 53方案，需要在钻采平台上增设专用的海水淡化装置及淡水增加泵，经初步估算为提供三台原油外输泵密封需要设置的海水淡化装置处理量约为50m3/d,加上淡水增压泵及20年使用维护费用，总造价约为550万。经综合分析后，决定对此原油外输泵采用上游泵送机械密封。因密封泄漏量极低，且密封压力由动压槽提供，其对淡水消耗量仅为0.001m3/h，压力为常压即可。

图2为采用的上游泵送机械密封系统原理图，由常压淡水储液罐，淡水循环管线，上游泵送密封，液位控制仪表等组成。淡水靠重力自流至泵密封冲洗入口，经上游泵送密封中的动压槽增压后，建立起密封膜，对密封进行冷却及润滑。目前此项目已经投产两年，采用上游泵送机械密封的原油外输泵运行状况平稳。

3.结论

上游泵送密封，对冲洗液要求低，并且除去了昂贵的带压辅助系统，同时具有带压密封的安全性，密封寿命也大幅延长。原油外输泵要求长时间连续运转，因此对于密封的性能及寿命要求也高于常规用途，加之海上平台淡水储备有限，上游泵送密封在应用上具有较大优势。通过实际项目中的成功应用，为上游泵送密封在我国海洋石油平台上推广使用提供了指导及借鉴。

图2 上游泵送机械密封系统原理图

[1]郝木明，胡丹梅,杨惠霞，等.上游泵送机械密封的研究及开发应用.流体机械.2001;29（2）:13-16

[2]Tom Lai. Development of Noncontacting, Non-leaking Spiral Groove Liquid Face Seals. Lubrication Engineering,1994;50（8）：625-631

[3]郝木明，胡丹梅，郭洁，等.新型上游泵送机械密封性能研究.化工机械.2001;28.（1）:12-15

[4]彭建.上游泵送密封研究.流体机械.1998;26（2）:3-8

Application of Upstream Pumping Mechanical Seal on Offshore Oil Platform

GAO Hua (Offshore Oil Engineering Co.,LTD. Engineering Company ，Tian Jin，300452，China)

In domestic offshore oil platform, the centrifugal crude oil transport pump is most used mechanical seal API PLAN53 or PLAN 54. In recent years,with the upstream pumping mechanical seal (UPS)technology and products continues to mature, the UPS should be applied in the offshore oil platform.In this paper, the principle of the upstream pumping mechanical seals is described. And the application condition on offshore oil platform is described also.Provide a reference for the upstream pumping mechanical seal for the offshore oil fields in our country.

crude oil transport pump；mechanical seal；upstream pumping；UPS

TH136

A

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.005.018