柱塞泵密封填料使用情况调查及新材料应用可行性探讨.pdf

43石油化工一、研究的目的与意义1.研究目的对柱塞泵密封填料的使用情况进行调查，并探讨新材料在柱塞泵密封填料中的应用可行性。通过调查分析目前柱塞泵密封填料存在的问题和不足，提出采用新材料的优势和可行性，为柱塞泵密封填料的改进和优化提供参考和指导。同时，本文旨在促进工业泵领域技术的创新和发展，提高企业的生产效率和产品质量。2.研究意义通过对柱塞泵密封填料使用情况的调查和新材料应用可行性的探讨，可以为工程师和研发人员提供相关的技术信息和建议，从而促进柱塞泵密封填料的改进和优化。柱塞泵广泛应用于化工、石油、制药等行业，在工业生产中起着重要作用。通过采用新型材料，可以提高柱塞泵密封填料的使用寿命和密封效果，减少维护成本，同时提高生产效率和产品质量。随着工业技术不断进步和更新换代，工业泵领域也需要不断进行技术创新和发展。本文所提出的新材料在柱塞泵密封填料中的应用可行性，为工业泵领域技术的发展提供了新思路和方向，对环境保护具有积极意义，传统的密封填料存在泄漏等问题，会对环境造成污染。采用新型材料可以有效减少泄漏现象，保护环境和生态系统。3.密封填料在油田开发中的作用油田开发已进入中后期，注水开发成为常态，随着断块油藏的含水升高，低渗油藏逐渐成为开发主力阵地，注水井对注水压力的要求逐渐升高至30MPa，甚至更高（40MPa）。柱塞泵是低渗油藏高压注水必不可少的增压设备，密封填料是柱塞泵填料环中起到隔水密封保持压力的消耗零件，其物虽小，但至关重要。4.现场遇到的主要问题随着油田开采深度的增加，低渗透油藏的开发，注水压力越来越高，在油田开发中，增压系统作为重要的设备，其重要性越来越凸显。而注水增压系统中的关键设备就是柱塞泵。目前，国内有多家油田采用高压柱塞泵作为增压设备，因此，掌握高压柱塞泵的结构和原理对于油田生产是十分重要的。密封填料的选择间接影响到柱塞泵增压系统的密封性，从而影响增压效果，对设备的能耗以及日常的维护都有影响，间接影响低渗油藏注水开发。但现场柱塞泵厂家繁多，型号不同、尺寸不一，应用的密封填料根据现场设备而定，目前常用材料有六类：芳纶系列、四氟系列、石墨系列、碳纤维系列、带胶心系列、高温超高温盘根，性能各有优劣。二、调查的主要内容1.相关标准规范柱塞泵密封填料现行的相关标准8条，国家标准只有1条，其他全部为行业标准。并且标准中并未查到芳纶类填料的相关产品标准，只有地方的方法标准。产品标准中只对产品技术指标做了要求，并未对密封填料的密封性做相关要求，检索柱塞泵相关标准中泵的易损件中有对填料更换时间的要求在额定输出泵压为2131.5MPa时不能超过1000小时，因为是易损件更换，所以，此时间应为密封填料密封性能保证设备密封的下限时间。2.现场填料调查目前市面常用材料有六类：芳纶系列、四氟系列、石墨系列、碳纤维系列、带胶心系列、高温超高温盘根，除上述材质外还有亚克力盘根、高水基盘根、苎麻盘根等来满足各种不同的工况需求。胜利油田目前在用四类：芳纶编织系列、石墨编织系列、碳素纤维编织系柱塞泵密封填料使用情况调查及新材料应用可行性探讨李锐胜利油田分公司技术检测中心设备监测站【摘要】此次调查了胜利油田柱塞泵在用密封填料的材料、型号及使用情况，分析了优缺点，同时以现河采油厂为例，调查了在用柱塞泵型号，以及密封填料使用中存在的问题，并对投入的新材料以及暂未引入油田使用的新材料进行了分析，对下一步引入新材料的可行性进行了简要的探讨，并提出了相关建议，包括加强标准规范制定、推广新材料应用、提高生产技术水平等。这些建议有望为柱塞泵密封填料的改进和优化提供参考和指导，同时促进工业泵领域技术的创新和发展，提高企业生产效率和产品质量。【关键词】柱塞泵；密封填料；高压；泥状【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2023.15.01544石油化工列、聚四氟乙烯系列。由此四类又有衍生浸渍、混编，共计6种，具体如图。图1密封填料图组（注：1.芳纶编织；2.石墨编织；3.碳纤维浸渍四氟；4.聚四氟乙烯编织；5.芳纶浸渍四氟；6.芳纶碳纤维混编）调查现场密封填料使用时间，各种材料更换时间不一，更换时间无固定周期，时间在725天不等，没有达到标准要求的1000小时。现有的密封填料不同程度的存在使用后老化变黑，变硬，失去弹性，少数外编织层破裂后内部松散失去整体结构，破碎成渣。3.使用中存在的问题目前在用的各系列盘根，都是以密封填料填充填料腔（如图2），通过填料压盖沿着柱塞轴向挤压，使填料沿柱塞径向扩张从而抱紧柱塞达到密封腔室8（如图3）进行压缩增压的。图2柱塞泵填料腔剖面图图3柱塞泵侧向剖面图采用编织填料密封时，依靠合适的径向力紧贴柱塞和填料箱内壁表面，实现可靠的密封。在填料密封中，内部流体可能通过三种途径泄漏：（1）通过密封填料本身的缝隙而出现渗漏；（2）通过密封填料与柱塞之间的缝隙泄漏；（3）通过密封填料与箱壁之间的缝隙泄漏。在工作过程中，密封填料不断磨损使间隙增加，为了减少密封间隙，必须施加压紧力压紧盘根，最后盘根被压实变扁发硬，造成填料与柱塞之间出现干摩擦，导致出现严重磨损，摩擦功耗大，泄漏严重，造成停泵等损失，而且增加维修成本。更换维修问题此密封填料的添加须在设备停运后方可进行，而且添加工艺要求较多，一般很难把握密封填料的压紧力，这样就增加了设备启停次数。总之，传统密封填料有以下缺点：（1）填料与柱塞直接接触，造成柱塞的磨损；（2）填料压盖松紧不好掌握，过紧降低电机效率，过松漏失量大泄压；（3）更换在设备停运后方可进行。因此，防止柱塞密封泄漏最为关键的是：减少摩擦和密封间隙。各种材料的填料现场使用的通性问题主要是更换费时费力，个别厂成立专门的泵修专业化队伍来负责此项工作。更换一个柱塞的填料大概在1530分钟，而现场应用从3柱塞到18柱塞对置泵型号皆有，柱塞多势必会造成陆续漏失，频繁紧盘根成为泵站职工的日常工作，该工作需要在泵运行状态下进行，具有一定的危险性，而更换盘根耗时耗力，倒换高压注水泵也会对系统压力造成波动，同时也影响开泵时率。三、新型泥状填料的可行性1.新材料的简介目前市面上一种新型泥状盘根：该种填料无固定形态，是以聚四氟乙烯、石墨、芳纶等固体纤维和润滑油等经过特殊处理的一种呈泥状的物质。目前的泥状盘根有：DONDE系列、KCS系列、2810系列、PLS系列、U-PAK系列。这种填料耐酸碱、耐温范围广，耐压高（如表1），摩擦系数低、混合体之间分子吸引力小。在运转过程中，填料中的纤维会缠绕在柱塞上，并随柱塞一起运动，形成一个“圆筒层”，此“圆筒层”起到了保护柱塞的作用，避免了磨损，减少了消耗；随着“圆筒层”直径的逐渐增大，摩擦力将逐渐减弱，并且与填料腔内壁保持相对静止。为了防止泥状填料外漏和内漏，在填料腔前后两端各加装一圈普通盘根，利用此填料端环将泥状填料压紧，泥状填料可由上部的密封水接口加入，充满填料室空间。表1 泥状填料PLS-1000主要技术参数表型号PLS-1000PLS-1000PLS-1000增强型颜色（color）黑色白色黑褐色温度（Temperature）-20210-40230-4026045石油化工压力(Pressure)17.5MPa11MPa18MPa线速度（Linear speed)10m/s11.75m/s20m/spH值（pH range)4131131142.摩擦问题采用此填料密封时，除填料腔两端各加一圈盘根外，其他均为泥状填料，此填料内部层状剪切，使摩擦发生于填料环节，减少磨损和降低摩擦功耗，并且泥状填料还能带走摩擦所产生的热量。这种密封形式解决了传统密封形式的摩擦问题，而且泥状物质的密封也使间隙基本为零，也解决了传统盘根密封方式泄漏的问题。3.密封效果由于该填料呈泥状，在有压的情况下结合紧密，形成无缝的合成材料环，形状与填料腔的不规则处完全吻合，不会有任何渗漏途径，因而密封效果好，并且泥状填料耐磨性高，摩擦系数小，有良好的不渗透性，对保护柱塞很有利。4.更换问题泥状填料是依靠专用高压填料工具枪进行添加，直接从密封水进口处填料，在线维护不用停机，既不影响设备运行，也比紧盘根的方法安全、快捷、效果好。泥状填料由于填料腔两端采用传统的盘根密封，因此，泥状填料损失也较小，只需定期进行少量填料补充即可。5.小结泥状填料突出优点及参数表如下：（1）填料室不会泄漏，对环境不造成污染；（2）可在线修复，即实现不停机维护，降低劳动强度；（3）不需要拆卸密封腔.直接借助辅助工具进行安装方便快捷；（4）不磨损设备，有效保护设备；（5）降低能耗，提高泵的效率。同时，泥状填料可查的最高密封压力在60MPa（美纶牌），能满足高压柱塞泵的工作压力。四、措施1.加强标准规范制定。当前柱塞泵密封填料领域的标准化工作还需要进一步加强和完善，需要制定更多符合实际需求的国家和行业标准，以指导各企业在使用和选择密封填料时更加科学、合理。制定过程应该公开透明，使得所有相关方都能够了解标准的制定过程和内容，防止利益集团操纵标准制定。加强与国际标准化组织的合作交流，积极参与国际标准制定，提高我国标准的国际影响力和竞争力。2.推广新材料应用传统的柱塞泵密封填料存在密封效果差、使用寿命短等问题，而新型材料具有优异的耐温、耐压和耐磨性能，可以有效提高柱塞泵密封填料的使用寿命和密封效果，并减少维护成本和环境污染。因此，应该积极推广新材料的应用，促进柱塞泵密封填料的改进和优化。政府和企业应该加大对新材料的研发投入，推动新材料技术的不断创新和发展，提高新材料的性能、稳定性和可靠性。宣传新材料优势，通过各种途径宣传新材料的优势，包括节约资源、环保、安全等方面，提高公众对新材料的认识和接受程度。引导新材料应用，通过政策引导和市场推广等方式，鼓励各个行业尝试新材料的应用，提高新材料的市场占有率和产业影响力。3.提高生产技术水平对于生产柱塞泵的员工进行培训，增强其生产技能和质量意识，确保操作规范、正确使用设备和工具，减少失误操作。引进先进的设备和工艺，能够提高生产效率，降低成本。同时也可以提高产品品质和稳定性，延长密封填料的使用寿命。柱塞泵密封填料的使用寿命和密封效果与生产工艺和技术水平密切相关，提高生产技术水平，加强质量管理，将有助于保证产品质量和生产效率，降低成本。五、结论及认识通过上述的调查得出结论：第一，现有柱塞泵密封填料在更换时间上没有能够达到标准要求；第二，碳纤维系列填料为目前使用反映效果最好的一种；第三，聚四氟乙烯编织盘根因编织松紧程度直接影响密封效果，无法评价其使用效果是否优于碳纤维填料；第四，现有的柱塞泵密封填料更换劳动强度较大，制约生产，影响时率，更换时存在一定的危险性。泥状填料目前尚未引进胜利油田，但其产品在耐酸碱、耐温、耐压等级都在技术参数上满足了现场的生产运行条件，推广泥状填料应用于高压柱塞泵有助于提高循环水泵的效率，从而降低耗电量，同时可延长设备维修周期，降低运行成本，减少由于填料问题引起的停泵，从而给企业带来良好的经济效益。参考文献：1GB/T 9234-2018 机动往复泵S.2顾永泉.流体动密封（下册）M.北京：中国石化出版社，1992.3徐灏.密封M.北京：冶金工业出版社，1998.4张凯.浅谈怎样延长注水泵密封填料更换周期J.建筑工程技术与设计，2018(18):231233.作者简介：李锐（1986），男，汉族，黑龙江讷河人，硕士研究生，中级工程师，研究方向：石油工业设备。