油田用往復(fù)式油泵、注水泵試運轉(zhuǎn)檢測技術(shù)研究

一、 檢測原理
往復(fù)式油泵與注水泵的試運轉(zhuǎn)檢測基于多學(xué)科交叉的技術(shù)原理，核心在于驗證泵機組在模擬工況下的機械完整性、水力性能及運行穩(wěn)定性。

1. 機械動力學(xué)原理：通過振動分析，檢測泵及驅(qū)動機構(gòu)在交變載荷下的動態(tài)響應(yīng)。不平衡、不對中、零部件松動或磨損會改變系統(tǒng)的固有頻率，引發(fā)特征振動。聲學(xué)分析則捕捉空氣介質(zhì)中傳播的寬頻應(yīng)力波，用于識別早期故障，如氣閥泄漏、軸承失效。

2. 流體力學(xué)原理：依據(jù)泵的容積效率與水力效率定義，通過測量實際流量與理論流量（基于柱塞直徑、行程、轉(zhuǎn)速計算）的比值評估容積損失（如閥隙泄漏、填料函泄漏）。壓力-流量性能曲線則揭示了泵在不同工況下的揚程特性及穩(wěn)定性。

3. 熱力學(xué)與傳熱學(xué)原理：監(jiān)測軸承、液力端、填料函等關(guān)鍵部位的溫度，其異常升高通常意味著摩擦加劇、冷卻不良或潤滑失效，遵循能量守恒與熱傳導(dǎo)定律。

4. 電氣工程原理：電機輸入的電參數(shù)（功率、電流、電壓）是泵負載的直接反映。功率超標可能指示過載、機械摩擦增大；電流頻譜分析可診斷電機電氣故障（如轉(zhuǎn)子斷條、定子偏心）。

二、 檢測項目
試運轉(zhuǎn)檢測項目需系統(tǒng)化分類，覆蓋從宏觀到微觀的各個方面。

1. 機械性能檢測：

   • 對中檢查：檢測泵軸與驅(qū)動軸（電機/柴油機）在冷態(tài)與熱態(tài)下的徑向、軸向偏差。

   • 振動檢測：測量泵頭、變速箱、軸承座等關(guān)鍵點的振動速度、加速度的有效值及頻譜。

   • 噪聲檢測：測量泵機組周邊特定距離的聲壓級，并進行頻譜分析。

   • 緊固件與連接件檢查：確認地腳螺栓、管匯連接、閥蓋等緊固力矩。

2. 水力性能檢測：

   • 流量測定：在不同出口壓力下，測量泵的瞬時與累計流量。

   • 壓力測定：監(jiān)測吸入壓力、排出壓力及壓力脈動幅度。

   • 容積效率與總效率計算：基于流量、壓力、輸入功率計算效率。

3. 熱工參數(shù)檢測：

   • 溫度監(jiān)測：軸承溫度、潤滑油溫度、填料函溫度、液力端缸蓋溫度。

4. 電氣參數(shù)檢測：

   • 輸入功率、電流、電壓：監(jiān)測三相平衡度及運行電流與額定電流的比值。

5. 安全性及完整性檢查：

   • 安全閥校驗：驗證安全閥的起跳壓力與回座壓力。

   • 潤滑系統(tǒng)檢查：確認潤滑油油位、油質(zhì)及循環(huán)狀況。

   • 密封系統(tǒng)檢查：檢查填料函泄漏量或機械密封的運行狀態(tài)。

三、 檢測范圍
油田用往復(fù)泵的試運轉(zhuǎn)檢測要求覆蓋其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

1. 原油輸送：側(cè)重于泵在輸送高粘度、含氣、含砂原油時的容積效率、磨損情況及壓力穩(wěn)定性。

2. 油田注水：關(guān)注泵在高壓、大流量工況下的柱塞/活塞密封性能、閥組動作靈敏性及水質(zhì)（如腐蝕、結(jié)垢）對性能的影響。

3. 鉆井液灌注：檢測泵在輸送高密度、高磨礪性鉆井液時的過流部件磨損速率和壓力脈沖抑制能力。

4. 壓裂液輸送：在極端高壓工況下，檢測泵頭的疲勞強度、閥體的耐久性及壓力脈動對管匯的沖擊。

5. 化工介質(zhì)輸送：針對特定介質(zhì)（如腐蝕性、易燃易爆性），增加材質(zhì)兼容性檢查與密封系統(tǒng)的特殊性檢測。

四、 檢測標準
國內(nèi)外標準為試運轉(zhuǎn)檢測提供了規(guī)范性依據(jù)，但存在差異。

1. 標準：

   • API 674：對容積泵（往復(fù)泵）的振動、噪聲、性能測試提出了明確限值和試驗方法，是通行的高標準。

   • ISO 13709：對石油、石化和天然氣工業(yè)用容積泵提出了設(shè)計與試驗要求。

2. 中國標準：

   • GB/T 9234：等效采用ISO 13709，對機動往復(fù)泵的試驗方法、性能允差做出了規(guī)定。

   • SY/T 6583：石油行業(yè)標準，對油田用往復(fù)式注水泵的現(xiàn)場試驗與驗收有更具體的指導(dǎo)。

3. 對比分析：

   • 嚴格程度：API標準通常在振動、噪聲限值上更為嚴格，對性能測試的工況覆蓋更全面。

   • 側(cè)：標準（API/ISO）更側(cè)重于泵本體的性能與可靠性；國內(nèi)行業(yè)標準（如SY）則更結(jié)合國內(nèi)油田現(xiàn)場工況與維護經(jīng)驗。

   • 采納情況：國內(nèi)高端市場及出口設(shè)備普遍要求符合API標準，而國內(nèi)一般項目可采用國標或行標。

五、 檢測方法

1. 振動檢測：在軸承座等剛性結(jié)構(gòu)上安裝壓電式加速度傳感器，測量三個正交方向的振動。采用頻率分析，識別特征頻率（如軸轉(zhuǎn)頻、嚙合頻率、閥片頻率）下的振動分量。

2. 性能測試：采用經(jīng)校準的流量計（如渦輪、電磁流量計）、壓力變送器、功率分析儀，在25%、50%、75%、、110%額定流量點（或按標準規(guī)定）穩(wěn)定運行后同步采集數(shù)據(jù)，繪制性能曲線。

3. 溫度檢測：使用接觸式熱電偶或鉑電阻（PT100）貼附于被測點，或使用紅外熱像儀進行非接觸式掃描，監(jiān)測溫度分布與熱點。

4. 聲學(xué)檢測：使用聲級計在距泵外殼1米、高度1.5米處多個點位測量A計權(quán)聲壓級。對于噪聲源定位，可采用聲學(xué)照相機進行聲場成像。

5. 對中檢測：使用激光對中儀，分別在水平和垂直方向測量聯(lián)軸器兩側(cè)的徑向和軸向偏差，并通過軟件計算調(diào)整量。

六、 檢測儀器

1. 振動分析儀/數(shù)據(jù)采集器：具備多通道同步采集、高動態(tài)范圍及FFT頻譜分析功能，用于狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷。

2. 高性能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：同步采集多路模擬信號（壓力、溫度、流量），確保性能測試數(shù)據(jù)的同步性與準確性。

3. 非接觸式紅外熱像儀：可快速獲取大面積的溫度分布圖，用于發(fā)現(xiàn)異常發(fā)熱點。

4. 激光對中系統(tǒng)：通過激光發(fā)射與接收，精確計算軸系偏差，精度可達微米級。

5. 便攜式聲級計與聲學(xué)相機：聲級計用于合規(guī)性測量，聲學(xué)相機通過麥克風(fēng)陣列實現(xiàn)噪聲源的可視化定位。

6. 功率分析儀：高精度測量電機輸入的電功率、功率因數(shù)及諧波。

七、 結(jié)果分析

1. 振動分析：

   • 評判標準：對照API 674、ISO 10816等標準的振動烈度等級。通常，振動速度有效值在1.0-2.8 mm/s為良好，4.5 mm/s以上為不可接受。頻譜中若出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)頻諧波，提示不對中或松動；出現(xiàn)高頻沖擊成分，提示軸承或齒輪故障。

2. 性能分析：

   • 評判標準：實測容積效率不應(yīng)低于設(shè)計值或標準規(guī)定值（通常>90%）。壓力脈動幅度應(yīng)小于排出壓力的±5%。性能曲線應(yīng)平滑，無異常陡降或駝峰。

3. 溫度分析：

   • 評判標準：滾動軸承溫度一般不超過80℃，滑動軸承不超過70℃（或按制造商規(guī)定）。填料函溫升不應(yīng)超過環(huán)境溫度40℃。任何點的溫度不應(yīng)接近潤滑劑或密封材料的高允許溫度。

4. 噪聲分析：

   • 評判標準：根據(jù)OSHA或當?shù)丨h(huán)保規(guī)定，通常要求離設(shè)備1米處噪聲低于85-90 dB(A)。頻譜分析有助于識別特定噪聲源。

5. 綜合分析：任何單一參數(shù)的異常都應(yīng)結(jié)合其他參數(shù)進行綜合診斷。例如，流量下降伴隨吸入壓力波動，可能指示汽蝕；振動增大伴隨軸承溫度升高，強烈指示軸承故障。試運轉(zhuǎn)的終結(jié)論應(yīng)基于所有檢測項目數(shù)據(jù)的交叉驗證，判斷泵組是否達到設(shè)計性能與安全運行條件。