論文HPT型管線輸送泵張永勝姜春明

1、HPT型大功率管線輸送泵的研制與試驗遼寧恒星泵業(yè)有限公司張永勝，姜春明摘 要本文著重闡述了HPT型大功率管線輸送泵的研制背景、技術(shù)方案確定、結(jié)構(gòu)特點和創(chuàng)新點。新研制的HPT2843194型大功率管線輸送泵已通過遼寧省科技成果鑒定并獲國家專利。主題詞：大功率 管線輸送泵 結(jié)構(gòu)特點 創(chuàng)新點 驗證一、 研制背景：1958年12月，我國建成了第一條輸油管線克拉瑪依至獨山子原油管道，揭開了中國長輸管道建設的序幕。50多年來，長輸管道建設發(fā)展迅速，據(jù)有關資料顯示，目前我國擁有原油及成品油輸送管道2萬多公里，所用大功率管線輸送泵900多臺，全部依賴進口，每年需要花費大量外匯。為了突破技術(shù)難關，改變我國“大功

2、率管線輸送泵”長期依賴進口的局面，為國家節(jié)省大量資金，國家發(fā)改委、中國機械工業(yè)聯(lián)合會重大裝備辦將“大功率管線輸送泵”列入重大裝備國產(chǎn)化項目。2009年3月，中國石油天然氣股份有限公司管道分公司在先后兩次對我公司進行現(xiàn)場調(diào)研，并經(jīng)過充分論證的前提下，認為我公司現(xiàn)有科研能力、生產(chǎn)加工水平及綜合配套能力能解決該產(chǎn)品長期依賴進口的難題，并與我公司達成了研制協(xié)議。 二、 技術(shù)方案確定：目前輸油管道在用的同種型號最多的、流量最大的“大功率管線輸送泵”為德國公司生產(chǎn)，其流量：2843m3/h， 揚程：194m，轉(zhuǎn)速：2985r/min，泵效率：88%（水效）。主要安裝在鐵嶺、大連、秦皇島等輸油站上，而這些泵

3、基本上是上世紀80年代中期的產(chǎn)品，已經(jīng)臨近更換期限。經(jīng)與中國石油天然氣股份有限公司管道分公司研究確定，在參照進口輸油泵性能和運行經(jīng)驗的基礎上，研制大功率、高轉(zhuǎn)速、高效和戶外寒冷地區(qū)使用的管線輸油泵，型號為HPT2843-194，用于更換沈陽輸油氣分公司鐵嶺輸油站的鐵-秦5#泵。并且中國石油天然氣股份有限公司管道分公司要求：在滿足高效、安全、環(huán)境適應性強和監(jiān)控功能齊全的前提下，升級研制的輸油泵機組轉(zhuǎn)速和功率能夠較好的覆蓋新建和在役管道配套使用。并力爭達到國際同類產(chǎn)品的先進水平。確定研發(fā)此項目后，公司立即成立指揮機構(gòu)和項目開發(fā)組，確定開發(fā)計劃，明確崗位職責，指派專人對項目進行全程跟蹤。公司質(zhì)量管理

4、部門要求在產(chǎn)品策劃、設計、采購、生產(chǎn)制造和檢測等過程嚴格按API Spec Q1和ISO 9001標準/規(guī)范及公司的質(zhì)量管理體系文件實施控制，使產(chǎn)品的設計、制造、檢驗等過程全部符合API 610標準要求。三、 結(jié)構(gòu)特點HPT型大功率管線輸送泵是單級雙吸水平中開臥式離心泵，產(chǎn)品采用先進的設計軟件、執(zhí)行API 610標準、積累了國外同類產(chǎn)品設計、制造的先進經(jīng)驗，合理的生產(chǎn)工藝，嚴格的質(zhì)量監(jiān)控，一流的加工設備，使該產(chǎn)品具有高效節(jié)能、質(zhì)量可靠、運行平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)合理、造型美觀、維護方便、監(jiān)控功能齊全、環(huán)境適應性強和使用可靠等多種顯著優(yōu)點。產(chǎn)品主要由泵體、葉輪、軸、軸承、機械密封、檢測儀表和電伴熱保溫系統(tǒng)七

5、大部分組成。具體結(jié)構(gòu)如下:(1)泵體為臥式水平中開式結(jié)構(gòu)，采用雙蝸殼式設計，具有徑向力小、水力效率高、維修方便等特點。泵的進出口設置在下泵體上，檢修時無需拆卸進出口管線和電機。 (2)葉輪采用單級雙吸閉式結(jié)構(gòu)，三維抗汽蝕優(yōu)化設計及過流表面硬化處理，具有使用壽命長、效率高、軸向力小、抗汽蝕性能好等特點。(3)軸采用剛性結(jié)構(gòu)設計，軸承間跨度短，軸封處撓度小，運行平穩(wěn)。(4)軸承采用滾動軸承及自潤滑方式，軸承箱設有防爆電加熱器，可保證潤滑油在戶外低溫環(huán)境下的使用。(5)機械密封采用英國JohnCrane公司的機械密封，并配置了高性能旋液分離器。(6) 配套了高精度、高性能的溫度變送器、振動變送器和密

6、封泄漏檢測裝置。這些配套儀表能夠進行可靠的自動監(jiān)測和自動報警，使泵的安全運行得到了保證。(7)電伴熱與保溫系統(tǒng)主要由加熱部件、溫控箱和保溫外殼組成。該系統(tǒng)功能完整、運行可靠、操作方便，適用于遠程監(jiān)控。四、創(chuàng)新點1）大功率、大流量、高轉(zhuǎn)速泵的設計。此泵流量大、揚程高。按照離心泵的常規(guī)設計，應為兩級低速泵，但兩級泵的缺點是軸向尺寸大，軸的剛性下降，泵的振動、噪聲大，密封環(huán)磨損嚴重。為此我公司在泵體和葉輪的水力設計上打破傳統(tǒng)理念，進行了創(chuàng)新優(yōu)化設計，并同以德國專家Joachim Knippenberg先生為組長的海外研發(fā)團隊進行了多次探討和論證，最終確定了現(xiàn)在的水力設計方案，采用了由兩極電機驅(qū)動的單

7、級雙吸水平中開式結(jié)構(gòu)。該方案通過計算機流體動力學演示證實，既能滿足大流量、高揚程、高轉(zhuǎn)速的要求，又能滿足原油等類似高粘度介質(zhì)的輸送。且泵的整體體積小，既減少了原材料，又節(jié)約了能源。2)泵葉輪的三維抗汽蝕優(yōu)化設計和過流表面的特殊硬化處理工藝。為了保證設計的準確性和良好的抗汽蝕性、獲得預期的高泵效。葉輪采用了三維抗汽蝕優(yōu)化設計并對過流表面進行硬化處理。3) 1MW離心泵的主軸承及平衡殘余軸向力的軸承選用滾動軸承。本產(chǎn)品為大功率、高轉(zhuǎn)速。按照常規(guī)設計，泵主軸承應采用滑動軸承，這樣就必須配液壓站，增加了泵運行的不安全性。為了減少成本，增加運行的可靠性，此泵主軸承選用滾動軸承。但采用此種結(jié)構(gòu)如果不能很好

8、的平衡軸向力和徑向力，就會導致軸承發(fā)熱而無法運行，這也是大功率、大排量、高轉(zhuǎn)速泵目前國內(nèi)沒有解決的難題，因此我公司的研發(fā)團隊對泵的整體結(jié)構(gòu)進行了詳細的研究，多次推翻已有方案重新再來，最終確定對軸承體的定位裝置和水力設計進行了改進，既解決了軸向力和徑向力無法平衡的難題又提高了泵效。 試驗證實，泵軸承溫度、振動、機組效率等指標均優(yōu)于德國同類產(chǎn)品。4) 集裝式機械密封的設計。HPT2843-194型管線輸送泵是管線輸送泵中的主泵，可靠性要求相當高，為此在密封的選擇上也非常關鍵，同時在密封的設計上還要考慮本產(chǎn)品串聯(lián)運行使用。因此我公司同世界上一流的機械密封制造商：英國JohnCrane公司合作，經(jīng)多次

9、方案論證，為我公司研發(fā)了與本項目產(chǎn)品配套的集裝式機械密封，解決了密封易泄漏的難題。5) 完善了大功率離心泵微機檢測系統(tǒng)（全速試驗）。為了保證產(chǎn)品的全速試驗，分別對離心泵檢測中心和配電設置進行了改造。檢測系統(tǒng)采用TPA離心泵微機檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)了試驗過程全部數(shù)據(jù)的微機自動化采集。變壓器增容到3500kVA，使試驗能力由原來的1500kW提高到2500kW。6)檢測儀表的配置。配套了高精度、高性能的溫度變送器、振動變送器和密封泄漏檢測裝置。通過這些配套儀表所實現(xiàn)的自動監(jiān)測和自動報警，使泵的安全運行得到了充分保證。7)泵體和污油線電伴熱、保溫和溫度控制系統(tǒng)的配置。泵體和污油線電伴熱線采用美國Raych

10、em公司生產(chǎn)的電熱帶。同時設有溫度檢測元件和電伴熱溫度控制箱，實現(xiàn)了泵體和污油線溫度調(diào)節(jié)、泵體溫度超限保護等多項功能。8)泵體保溫外殼的設計與加工配套。設計安裝了輕型易拆裝型泵體保溫外殼，保證了泵在低溫環(huán)境下的可靠運行。五、驗證2009年11月，HPT2843-194型大功率管線輸送泵在我公司離心泵檢測中心全速試驗，并經(jīng)國家工業(yè)泵質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心現(xiàn)場測試，泵各項性能指標達到了設計要求。試驗結(jié)果如下: 項目設計參數(shù)實測數(shù)據(jù)結(jié)果分析流量（3/h）28432843達到揚程（）194205.2達到效率（%）8888.77超過轉(zhuǎn)速（r/min）29852986允差內(nèi)振動（mm/s）52.5優(yōu)于噪聲（dB

11、A）8582.5優(yōu)于2009年12月26日，本產(chǎn)品在沈陽輸油氣分公司鐵嶺輸油站一次開車成功。經(jīng)過8個多月的運行一切正常，其流量、揚程、效率、機組噪聲、泵振動等指標均優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。六、結(jié)論 2010年5月28日，遼寧省科技廳組織專家對遼寧恒星泵業(yè)有限公司和中國石油天然氣股份有限公司管道分公司共同研發(fā)的HPT2843-194型大功率管線輸送泵進行了省級科技成果鑒定，會議邀請了東北大學、沈陽水泵研究所、沈陽工業(yè)大學、遼寧儀表研究所等單位的專家、教授組成了鑒定委員會。專家組聽取了項目工作報告、審查了相關技術(shù)文件，對生產(chǎn)現(xiàn)場進行了考察，對項目完成過程中的一些具體問題進行了討論，認為HPT2843-194型大功率管線輸送泵，各項性能指標達到設計要求并超過進口產(chǎn)品，符合API 610標準，生產(chǎn)設備和檢測手段能滿足批量生產(chǎn)，發(fā)展前景廣闊，產(chǎn)品