固井水泥车600型柱塞泵增压系统的设计准则与工作参数

李建刚 （中石化石油机械有限公司第四机械厂，湖北 荆州434024）

翟胜强 （中石油华北油田分公司第五采油厂，河北 辛集052360）

固井水泥车上的600型泵是一种往复、容积式、单作用、卧式三缸柱塞泵。由于该泵为高速柱塞泵，并且在固井作业时要泵重泥浆，因此需要配备一个很好的增压系统［1］。下面就这种600型柱塞泵增压系统的设计准则和工作参数进行探讨。

1 确定设计准则

给柱塞泵配备增压系统的目的，一是必须能将高压、低速液体输送到柱塞泵的吸入管汇，保证柱塞泵内有充足的液体供应；二是要保证有足够高的液体流动速度使固体能悬浮在液体泥浆内。因此，一个好的增压系统设计，既要避免有害的气穴影响，又要确保柱塞泵无故障运行。这就需要对系统各构件明确一定的设计准则。

1.1 初级吸入管

接在液罐和灌注泵或混合泵（在某些情况下）之间的管道称为初级吸入管，一般采用软管或钢管。在这些管道内流动的液体仅受液体重力或大气压的作用，从液罐开始流动。因此，为了保证管道内液体在重力和大气压力作用下能自由流动，设计液体流动速度在柱塞泵最大流量时不得超过1.22m／s。

其他的设计准则为：①若使用软管，软管应用钢芯编织，必须能防各类化学腐蚀；真空、排出时软管标定压力容量分别应为1.02、4.14MPa。②不论是采用软管还是钢管，长度都应该尽可能的不超过3.05m，并且不要有过多的弯曲。

1.2 离心增压泵

柱塞泵增压系统主要是靠离心增压泵来增压的。其设计准则为：①当柱塞泵吸入口额定压力保持在2.07MPa时，通过离心增压泵增压能输送最大液体至柱塞泵。②离心泵排出口和柱塞泵吸入口之间的管子的内径和长度选用要合适，以能克服沿程损失为标准。根据管子的长度和布置，离心泵必须能输送排出口压力3.45MPa所需的流量，才能保持柱塞泵吸入口压力2.07MPa。③在保持泵效大于15%的基础上，要给离心增压泵提供足够的动力，使产生足够的流动速度将液体输送至柱塞泵，并使柱塞泵所需液体获得足够的加速度能让固体悬浮在液体泥浆内。

1.3 次级吸入管

接在离心灌注泵和柱塞泵吸入口之间的管道称为次级吸入管，它能将液体从离心灌注泵排出口输送到增压系统另一端。它还能将离心混合泵的排出口和混浆池入口连接在一起。同初级吸入管一样，次级吸入管可采用软管或钢管。增压系统允许这部分液体的流速（柱塞泵正在工作）变化范围应该在2.44～3.66m／s。其他设计准则为：①若使用软管，真空、排出时软管标定压力容量分别应为1.02、6.89MPa；②不论是采用软管还是钢管，长度都应该尽可能的不超过4.57m。

1.4 吸入压力缓冲器

对于容积式柱塞泵，当启动和停止液体输送时，增压突变会对吸入凡尔产生液体冲击。如果不缓冲这种增压突变，久而久之，液体冲击造成的压力损失会降低灌注泵的效率，也可能损坏吸入凡尔。使用吸入压力缓冲器，当柱塞泵启动和停止液体输送时，可保证一定加速度液体输送，不会对吸入凡尔产生液体冲击，使柱塞泵的工作更加平稳。吸入压力缓冲器的设计准则为：①应是充入氮气的气囊型缓冲器，最大承压为6.89MPa；②为防止液体内的固体沉积而堵塞气囊，吸入压力缓冲器应安装在液体管道的上游；③为了获得更高的压力缓冲效率，吸入压力缓冲器应安装在紧靠柱塞泵吸入口处的地方；④为了使吸入压力缓冲器能正常工作，要对气囊预先充气（达到预充压力的30%～40%即可）。

1.5 增压压力表

为了能随时监测增压系统的增压效果，在增压系统中应装有一个压力表。压力表的设计准则为：①应该是一个充液式压力表，压力量程为0～6.89MPa；②为了获得最佳的增压精确度，压力表应安装在紧靠柱塞泵吸入口处的地方；③压力表应同压力缓冲器一起使用，并可进行压力调整，具备压力缓冲功能。

2 设定工作参数

为了使柱塞泵增压系统能够正常运行，需要根据固井水泥车型号及其固井作业情况，对增压系统事先设定工作参数，实现增压系统最佳工作效率。这些工作参数主要有：增压压力，软管数量，钢管尺寸。

1）增压压力 柱塞泵吸入口推荐的增压压力：最小为2.07MPa，最大为5.52MPa。注意：增压压力必须大于泵送液体的蒸汽压力。

2）自流部分软管数量 在增压系统的自流部分中，要保持最大流速为1.22m／s，自流部分可达到流量分别为0.594、1.185、1.779、2.370、2.964m3／min，所需要的∅4in吸入软管数量分别为1、2、3、4、5。

3）自流部分钢管尺寸 在系统的自流部分中，要保持最大流速为1.22m／s，自流部分可达到流量分别为0.591、0.946、1.336、2.370、3.706m3／min，所需要的钢管尺寸分别为4、5、6、8、10in。

4）加压部分软管数量 在系统的加压部分中，要保持最大流速为3.65m／s，加压部分可达到流量分别为1.779、3.558m3／min，所需要的∅4in吸入软管数量分别为1、2。

5）加压部分钢管尺寸 在系统的加压部分中，要保持最大流速为3.65m／s，自流部分可达到流量分别为0.999、1.779、2.778m3／min，所需要的钢管尺寸分别为3、4、5in。

3 结语

对于固井水泥车上的600型柱塞泵来说，配备增压系统的主要目的是能泵重泥浆。但这种增压系统不是随便能配备的，需要按照系统中各构件的设计准则和工作参数来配备。目前，新型系列固井水泥车上的600型泵都配备了相应的增压系统，提高了固井作业的质量水平。需要注意的是，根据固井水泥车型号及其固井作业的具体情况，柱塞泵增压系统的设计准则和工作参数是可调整的，以满足固井作业的适时需求。

［1］范毅，池胜高 .固井水泥车柱塞泵对增压系统的设计要求 ［J］.长江大学学报（自科版），2011，8（12）：117～118.