管道试压上水装备的改造与应用

曾豪勇，暴军英，尹中霞

中国石油天然气管道第二工程有限公司，江苏徐州 221000

管道试压上水装备的改造与应用

曾豪勇，暴军英，尹中霞

中国石油天然气管道第二工程有限公司，江苏徐州 221000

电动机上水泵功率高、体积大，使用时需额外配备发电机供电，施工成本高，为此，提出了柴油发动机直接驱动离心泵的改造方案。通过对待报废移动电站上的柴油发动机进行维修改造，并自制爬犁底座台架和联轴器，使其与多级泵直接连接，不仅精简设备数量，而且盘活闲置资源，降本增效。改造后的上水泵结构紧凑合理，拖运方便，现场应用效果较好，施工成本降低，在今后中、小型管道试压项目上具有广阔的应用前景。

管道试压；柴油机；水泵；改造；降本增效

1 方案设计

为减少研制成本，设计时直接选择待报废移动电

试压是油气管道施工中的一项重要工序。目前，管道试压上水装置多为电动机驱动式离心泵，该装置配备功率高、排量大、上水速度快、运行平稳，被广泛应用于大型工程及大口径、长距离管道水压试验中。近年来，随着油气管道建设市场的变化，国内试压项目多为小型工程，且地点分散，使用电动机驱动存在诸多不足，主要体现在以下几个方面。

（1）电动机驱动需额外配备发电机供电，设备体积大，笨重，转场搬迁难，运输成本高。

（2）一般情况下，所配备的电动机功率较大，能源浪费严重。

（3）电驱上水装备操作空间狭小，噪音大，不利于操作。

因此，改造现有管道试压上水装备，是当前生产施工的迫切需求，也是落实降本增效的重要举措。站上的柴油发动机作为多级离心泵的动力端，改造成柴油机上水泵。通过对柴油发动机和多级泵的修复、改造、性能测试、计算，结合试压上水速度和扬程要求，对发动机和多级泵进行匹配研究；同时根据现有发动机和多级泵的安装尺寸和工作状态，对电路、联轴器、底座台架等重新进行设计、加工和制作，研制出符合要求的柴油机上水设备。

2 改造内容

2.1 设备调研

据统计，现有待报废移动电站所配置的发动机型号多为LR6105ZT，额定转速为2 300 r/min，性能良好。闲置多级泵12台，型号共有4种，技术参数如表1所示，均满足施工需求，可用于上水泵改造研究。

2.2 水泵性能参数计算

图1为D85-45型离心泵在转速为2 950 r/min时的特性曲线。

表1 多级离心泵型号及参数

图1 D85-45型离心泵特性曲线

根据离心泵特性曲线及水泵的比例定律，即可计算出改造后的上水泵性能参数，以指导现场施工。比例定律公式为：

式中：Q1、H1、P1分别是转速n1时的流量、扬程、轴功率，Q2、H2、P2即为转速n2时的流量、扬程、轴功率。

2.3 柴油发动机的修复与改造

待报废移动电站因长时间闲置，锈蚀严重，所拆卸的柴油发动机均存在不同程度的线路老化、零部件损坏等现象；因此，对选定的柴油发动机分别制订了检修计划和检修项目，拆除不需要的零部件，并对损坏部件进行维修替换，对留用的部件进行检修、清洗、性能测试、安装。主要检修项目及检修内容见表2。

柴油发动机的改造重点是安装形式和输出轴连接方法。安装形式影响人员的操作和设备尺寸。与移动电站上的操作方法不同，上水装备上的柴油发动机的离合器、油门、刹车等操作均直接在发动机上完成。因此，在拆除不需要的连接机构的同时，设计加工新的档杆、手柄，以方便操作。并调整水箱、排气管位置，保证足够的操作空间，防止人员操作时碰伤、烫伤。此外，为保证设备的可操作性，发动机安装时要充分考虑人员站立操作高度，尤其是控制面板安装高度。因此，需要合理设计底座支腿高度，在满足操作需求的同时，避免设备过大过重难以运输。

表2 主要检修项目及检修内容

移动电站上的柴油发动机输出轴是通过万向节传动装置与驱动桥主减速器输入轴连接的，不能直接与水泵连接，因此，需重新设计泵和发动机轴端的传动机构，以便采取最佳连接方式。

2.4 联轴器设计与制造

经测量，发动机输出轴轴径准60mm，水泵输入轴轴径准35mm（D85-45X5系列），无标准联轴器可供选配，需自行设计联轴器并加工。根据负载和转速等受力特性分析，选用弹性膜片联轴器，该联轴器适用于高温、高速、有腐蚀介质工况环境的轴系传动。

图2为联轴器设计图，其中1、6两个半联轴器尺寸是根据发动机和水泵轴端尺寸确定的，材质为45#钢。联轴器依靠金属膜片来联接主、从动机传递扭矩，为保证足够强度，膜片材料选择1Cr18Ni9。联轴器加工实物如图3所示。因水泵型号各异，输入轴尺寸也不相同，设计时根据各自实际尺寸调整加工参数。

图3 联轴器加工实物图

2.5 底座台架结构设计与制造

根据多级离心泵和柴油发动机的实际尺寸，应用三维软件建立底座台架模型（见图4），估算出联轴器最佳尺寸和台架整体尺寸，以便下料。

底座台架用180槽钢和8#角钢焊接制作，爬犁底座用准219mm钢管，挡雨棚用薄钢板制作。组装时根据实际需要调整位置。

2.6 组装调试

图4 底座台架设计

将加工的零部件和检修清洗的零部件进行组装，并对整机进行调试，确保整机性能满足施工现场要求，组装现场见图5。

图5 发动机组装

3 现场应用及效果

经过改造，共完成柴油机试压上水装备5套，研制初期，试制一台调往安徽巢湖定向钻穿越工程进行现场试验。该穿越工程管径为准864mm，长度为1.015km，上水量约为547.6 m3。定向钻穿越段管道回拖前后需各进行一次上水试压，均采用自制设备完成上水作业。

该上水设备所配离心泵为D85-45X5型。一般情况下，柴油发动机最佳工作转速在1 500 r/min左右，可根据比例定律公式计算出该上水设备的流量为43.97 m3/h，扬程为60.2 m，该性能指标满足定向钻穿越施工要求。经现场实测，完成该试压段上水作业耗时约12.8 h，上水速度约为42.8 m3/h，与理论计算相符。

表3为购置的电动机上水设备、自制的柴油机上水设备性能参数、完成相同工程量所耗费用的对比。其中，燃油费仅为设备油耗，不含吊装设备油耗。对于电动机上水设备，需吊装两次，而柴油机上水设备仅需一次。而在泥泞沼泽等车辆无法直接进入的施工地带，需挖掘机等机械设备吊装进场，柴油机上水设备的优势则更为明显，其底部的爬犁支架，可由挖掘机直接一次拖拽进场，可节省大量的转场费用。

表3 自制设备与购置设备性能参数及费用对比

通过对比和现场验证，该柴油机试压上水设备不仅满足施工现场要求，而且操作简单，有效地降低了施工成本，提高了施工效率。现已调往其他项目使用，其余4台也将陆续投入现场应用。

4 结论

（2）该装置结构合理，人员操作便利，爬犁底座适用于各种复杂地形施工，拖拉方便。

（3）完成相同工程量所耗油料少于电动机驱动式上水泵，减少施工成本。

（4）设备结构紧凑，易于运输，转场搬迁成本明显降低。

[1]GB 50369-2014，油气长输管道工程施工及验收规范[S].

[2]陈向阳.柴油机作为水泵动力机时应注意的问题 [J].地下水，2005，27（2）：140-142.

[3]连红军，司马学峰，朱清山.东方红-LR6105型发动机主要技术性能与维修参数[J].现代化农业，1995，17（8）：28-29.

[4]周广和，张英奎，刘宗亚，等.浅议企业战略转型实现降本增效管理对策[J].交通企业管理，2013，28（8）：22-24.

上水装置的改造充分利用闲置设备和待报废资产，不仅盘活废旧资源，而且大大降低研发费用，经济效益高，符合当前节支降耗的经营理念。经过现场应用，该柴油机上水装备具备如下优点：

（1）上水流量、扬程等指标均符合中小型管道试压工程要求，实用性强。

Reformation and application of water supply equipment for pipeline hydraulic pressure test

ZENG Haoyong，BAO Junying，YIN Zhongxia
China Petroleum and Gas Pipeline Second Engineering Company，Xuzhou 221000，China

The power of motor pump is high and its volume is big.It needs additionalpower supply from an electric generator when it is used，which leads to high construction cost.Therefore，the reformation scheme using a diesel engine to drive centrifugalpump directly is put forward.Through the maintenance and reconstruction of the dieselengine at a mobile station to be scrapped，and using the self-made sledge base platform and coupling，the multi-stage pump is connected directly with the diesel engine.It reduces the number of devices，reinvigorates the idle resources，reduces the cost and improves efficiency.After the reformtion，the diesel pump has the advantages of compact and reasonable structure，convenient transportation，good application effect on spot and low construction cost.It has broad application prospect in the future hydraulic pressure tests of small-medium scale pipelines.

hydraulic pressure test of pipeline；dieselengine；pump；reformation；reduce cost and increase benefit

曾豪勇（1990-），男，湖北荆州人，2015年毕业于长江大学机械工程专业，现从事机组技术管理工作。

2017-03-15

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.04.017

Email：zochy@126.com