图1 在厄瓜多尔亚马逊Panacocha油田恶劣环境中工作的多相泵

石油开采时的多相泵是真正的多面手。它能可靠地泵送不同浓度和不同成分的介质，譬如含有原油、地层水和天然气的混合物。这种多相泵中最重要的一个零部件要数滑动密封。通常情况下，这种滑动密封有着复杂的冲洗系统和润滑系统，以便排除多相混合物对泵的正常功能的干扰。但也有更加简单的办法。

Bornemann公司用其典型的挤出泵-螺杆泵奠定了多相泵和海底技术的坚实基础。在2009年，这家泵业公司被厄瓜多尔国家Petroamazonas EP组织评为三大多相泵供应商之一。他们生产的多相泵用在亚马逊的丛林地带，Panacocha项目已在2010年10月并入网络，最终打出16口油井、日产25000桶原油。在高压下，多相泵把这些混合物用500km长的管道输送到远方靠近太平洋的Esmeradas石油精炼厂。

有了该多相泵输送方案，原来需要在油田从原油、天然气、水和多种固体物中分离出来的不均质混合物、需要经单独的管线运出的工艺垃圾，现在可以用一根多相混合物管道输送出去了。

在输油管线和泵站中遇到的主要问题就是Panacocha项目中高压泵的滑动密封。Bornmann公司要求结构非常简单，设计非常可靠的多相泵单端密封。滑动密封尽可能免维修但结构坚固，可以在无人值守的泵站中使用。

这种密封需要放弃执行API 标准Plan 32的规定。Plan 32标准要求冲洗滑动密封的清洁液体（一般为水）应来自单独的、密封以外的设备，这是许多多相泵应用的标准。这些冲洗液体保证了滑动接触面密封缝隙处有着稳定的、起着润滑作用的膜，有效地实现润滑。这是非常重要的，尤其是在一段时间内长期输送气体介质时，可能会出现局部温度升高产生过热或干运行的情况。

Plan 32标准另一个优点是永久性的冲洗和避免含有固体物质的输送介质附着在滑动表面。永久性的冲洗能够避免因磨蚀而出现过早的磨损和泄漏。但执行API Plan 32标准致命的弱点是在偏远的环境中使用时的物流运输和监控问题。因此，在厄瓜多尔的项目中执行这一标准是不可行的。

图2 金刚砂涂层密封的（简化）剖面图

没有润滑也非常适用

厄瓜多尔项目中要求的密封件应尽可能少维护（最好是免维护），并且能够在不利的工作环境中——在缺少润滑、高温、高负荷和有磨蚀的工况条件下，包括在没有外部冲洗润滑的条件下正常工作。对于这些高要求，EagleBurgmann公司在所有合作伙伴参与的讨论中提出了自己开创性的滑动表面涂层技术——“金刚砂涂层技术”。这是一种诞生于2007年的技术，目前已有2?000多家公司在恶劣的环境中使用了这一技术并证明是一种性能可靠的表面涂层技术。

在这一与弗劳恩霍夫协会涂层和表面技术研究所共同开发的技术中，碳化硅滑动密封面上涂覆了一层封闭的聚晶金刚砂。这一在真空条件下、在1200℃高温下涂覆的10μm厚的金刚砂涂层有着很高的硬度，很强的耐热性能，很高的耐化学腐蚀性能，以及很低的摩擦系数。因此项目负责人决定在Panacocha项目中也使用这种金刚砂涂层。

进一步优化细节

根据多年来的经验以及与泵生产企业很好的合作，EagleBurgmann很快就在Bornemann 多相泵中完成了涂层试验。使得该多相泵可以利用性能可靠的金刚砂涂层技术，满足了用户对泵密封提出的要求。盒式设计，减载的密封原理，具有保护性能的弹簧和相应的辅助密封，这些都满足了不同的功能要求，例如压力、温度和介质成分，并以DF-HSHJ4S1的名字生产和制造。

通过滑动环和静环的金刚砂涂层能够可靠地保证滑动表面能够在几分钟无润滑的情况下安全运行，不出现损伤，并能够让密封缝隙短时间承受最高300℃的高温。所有的这些都没有按照API Plan 32标准中的规定执行。

金刚砂涂层技术是多相物质输送应用中，输送脉动式混合物介质最佳的装备。该多相介质输送涵盖了含有不同强度固体物质气体、水和油等介质。

尽管DiamondFace金刚砂涂层无可争议的成为Panacocha项目的首选解决方案，但还是有一些细节可以优化。由于地层水具有较高的氯化值，因此盒式密封件所有的金属零部件都使用了Super-Duplex（G4）超级双相不锈钢。为了对Panacocha项目中滑动密封件的使用寿命进行优化，EagleBurgmann公司采用了无压冷却技术，API Plan 62标准规定的大气侧加工了一个没有压力的储油装置。经铣削的液动力润滑油槽向密封件的另一侧输送润滑油，起到了一定的冷却作用。这些都是非常细小的、高精度的辅助措施，也是DiamondFace涂层系统正常工作的可靠保障。

Panacocha项目中每台多相泵的4个金刚砂涂层密封件的使用情况表明，这是一个完美的作品，EagleBurgmann公司的工程师们可以与厄瓜多尔的现场拍照留念了。长期使用至今还没有收到该密封的缺陷反馈信息。时至今日，这些多相泵就像有润滑一样正常的工作着，即便没有永久性的润滑液。