一种油田污水泵密封装置的设计

程胜利

【摘要】本文针对油田输送污水中含有大量固体颗粒、添加剂和矿物质，造成的离心泵泄漏失效问题，设计一种泵送型密封装置，始终以清水冲洗螺旋，克服了螺旋密封的自身缺陷，起到节能减磨的效果，延长了污水泵的使用时间。

【关键词】油田污水 离心泵 螺旋密封

1 技术背景

在石油开采时，需及时注水以保持地层压力，维持正常的渗透率，实际生产中，为节约用水和减少环境污染，往往将从原油脱水过程中分离出的污水经油水分离、脱氧、脱菌处理后回注油层。由于污水的反复利用，其悬浮物、人工添加剂含量以及矿化度等都比较高。当用离心泵输送这一介质时，其中的矿物质及添加剂往往会在密封装置上析出，降低密封效果；其固体颗粒也会对密封装置造成过度磨损，使离心泵的泄漏增加，寿命缩短，严重时还会产生事故。为此，设计了一种油田污水泵泵送型密封装置。2 结构与原理2.1 结构设计

泵送型密封装置的结构如图1所示。

图1 泵送型密封装置的结构

2.2 工作原理

当螺旋随泵轴旋转时，液体摩擦力作用在螺旋槽内的液体上，使之产生轴向反压，并使液体沿轴向流动，阻止液体的泄漏。由于螺旋密封部分产生的轴向反压的大小与螺旋的转速、结构及尺寸有关，设计时，可根据被密封介质压力的大小把螺旋密封部分的泵送反压设计成大于被密封介质压力，并在螺旋密封的左端通以清水，由于螺旋的反输压力大于泵内被密封介质压力，清水就会被螺旋输送至泵内。由此不仅防止了泵内液体向泵外的泄漏，而且还使密封装置始终处于清水冲洗之中，阻止了泵内液体因泄漏而在密封装置上的结垢，同时也防止了固体颗粒的进入对密封装置造成的磨损。螺旋的泵送作用是螺旋左侧与填料密封间的空间压力较低，清水不易自填料密封处向外泄漏。当离心泵在启动、停车时，由于泵送压力没有完全建立，填料密封部分又起到了停车密封的作用。

3 主要参数的计算

图2 主要结构尺寸

在螺旋旋转过程中，螺旋槽内的液体依靠粘性产生剪切流动，其流程为

Uicosβ

Q1=—————ahicosβ （式1）

2

由螺紋的几何关系可知

ai=πD[a/（a+b）]tanβ=πDk1 tanβ

（式2）

式中： k1=a/（a+b）——螺纹螺距。反输流量为

Q1=πDk1hUisinβcosβ/2 （式3）

3.2 泄漏流动（压差流动）3.2.1 沿螺旋槽的泄漏流量

在螺旋密封两端有系统压力与密封压力的压差？p作用。在此压力作用下产生的压差流动即为泄漏流动，泄漏量为 3.2.4 冲洗液流量

若反输压力大于泄漏压差，泵送流量必大于压差泄漏量，其压差即为冲洗液流量，即

q = Q1 — Q = Q1—（ Q2 + Q3）

所以（式8）

4 装置特点

本装置克服普通螺旋密封工作时容易气吞，自适应性差，需要辅助停车密封的缺陷，具有以下特点：

（1）由于泵送压力高于泵内被密封介质压力，密封装置始终浸没在清水中，泵内介质不与密封装置接触，污水中的矿物质及添加剂无法在密封装置上析出，克服了密封装置因结垢造成的损坏。

（2）由于采用了非接触式的螺旋密封，且螺旋槽始终处于清水的冲洗之中，固体颗粒不易进入，防止了固体颗粒对装置的磨损。

（3）冲洗螺旋用水可以使用原密封冷却水，因此对于离心泵的密封改造不需增加辅助设备，且随污水回注油层，避免了水资源的浪费。

（4）装置外侧与密封液体相连，与大气脱离接触，有效地防止了由于气体吸入而引起的气吞。

（5）泵送型密封装置螺旋长期浸没在水中，容易腐蚀，因此需要用不锈钢材料加工，或对螺旋进行防腐处理。

参考文献

[1] 顾永泉. 液体流动密封 [M].山东省东营市：石油大学出版社.1990：124-126

[2] 李德俭.密封装置的方案设计[M].北京航空航天大学.2003：166-167