随着大气污染的日趋加重，国家持续加强环境保护力度，对油品质量的要求不断提高，为此国内石油炼化行业全面上马了油品质量升级改造工程项目，其中关键的加氢裂化、加氢精制和脱硫装置规模日趋大型化，对注水泵的参数也提出了更高的要求。本文介绍了超高扬程注水高速泵的研制以及应用。

注水泵在石油、化工、化肥行业中应用广泛，尤其是在石油炼化行业的加氢装置，是非常重要的核心关键动设备。目前加氢注水泵的参数范围：流量范围3~45m3/h；扬程范围800~2000m；并且越来越多的注水泵采用1600~2000m的超高扬程。

过去，注水泵采用的泵型式有柱塞泵、多级离心泵和高速泵3种。3种形式的泵各有特点，柱塞泵属于往复泵，初期投资小、能耗低，在早期的装置中使用较多，但占地面积大、出口压力脉动大、振动和噪声高，可靠性低、故障率非常高，后期维修量大、维护费用高； 尤其是容易造成管线脉动剧烈，要采取严格的防震措施，不利于安全生产，目前已被多级离心泵和高速泵所取代，新建装置已很少采用。多级离心泵和高速泵都属于离心泵，出口压力连续稳定、运行非常平稳，工况好，易操作调节；多级离心泵通过采用多级叶轮串联来实现高扬程，高速泵通过高转速来实现泵的高扬程。两者也各有特点，多级离心泵由于多级叶轮串联、泵轴很长，占地面积大，不适宜于特别高的扬程，由于过流部件结构尺寸限制，不适宜于小流量运行。另外，轴向不平衡力以及间密封工作条件差，工作寿命短，维修工作量大，维护费用高。因多级离心泵轴细长，易变形，机组构成部件多，对加工制造和配合精度要求较高，目前国内的多级离心泵总体制造水平还比较低，应用得多是进口多级离心泵。高速泵布局紧凑、结构简单，安装空间要求高效、工作运行平稳可靠，故障率低，维修工作量少，维护费用低，特别适宜于小流量高扬程的注水泵参数，目前已成为注水泵的首选。

针对目前装置大型化对注水泵参数提出的超高扬程的新要求，其他形式的泵又做不了的状况，北京航天石化技术装备工程公司研制开发了GSB-W7型超高扬程注水高速泵，并成功应用于某石化公司加氢裂化装置。

性能优越

GSB-W7型超高扬程注水高速泵，整体结构为单吸、悬臂、卧置、后拉式、中心支撑、一级齿轮增速单级离心泵；按照美国《石油、重化学和天然气工业用离心泵》标准API 610泵型划分，高速泵属于OH6型。

GSB-W7型超高扬程注水高速泵由泵头、增速齿轮箱、强制润滑系统、冷却水循环系统、防爆电动机、机械密封系统、仪表监测系统、共用底座及其附件组成。泵整体采用后拉式结构，不用拆卸电机和泵进出口管线就可进行泵头和增速箱分解检查保养，便于维修。采用积木式设计思想、结构紧凑、安装所需空间小，节省基础施工量；零部件模块化和标准化程度高，做到了绝大部分零部件能互换和通用，缩短了供货周期和降低用户的保养费；泵头部分主要由进出口法兰、小流量回流稳定器、叶轮、诱导轮、导叶扩压器、泵壳和密封集装体组成（详见图2）。

泵壳设计压力为25MPa，叶轮为全开式的直线辐射状结构，材质采用高强度钛合金，无前盖板，后盖板上开有平衡孔，在高速运转时几乎不产生轴向载荷。变螺距诱导轮的采用使泵在很广泛的使用范围内具有卓越的吸入性能，大大降低了泵必需的汽蚀余量（NPSHr）。导叶式扩压器的独特设计，使得泵具有扬程中断特性，因而不必担心在出口阀全开时，由于工况变化或误操作而使电动机因泵工作负荷过大而发生电动机过载的危险，并且采用导叶式扩压器，速度能转换为压力能的水力效率更高，几乎没有径向力。密封集装体的设计结构紧凑，布局巧妙，使得可以根据不同的工艺使用条件，分别配置完全符合API682标准的单端面、双端面、串联机械密封以及干气密封。通过优化设计降低了PV值，密封腔工作压力仅比入口压力略高，密封工作面承受压差小，使得机械密封工作稳定可靠，使用寿命更长。

与其他形式的泵相比GSB-W7型超高扬程注水高速泵还具有如下特点：

泵头过流部分，叶轮、诱导轮与泵壳动静部件之间没有口环，所以不会产生由于口环磨损而引起性能下降的现象；设计材料硬度HRC50以上，能够输送粘度在500cP(厘泊)以下、固体颗粒小于1mm的含颗粒介质；

泵入口部分的水力设计配置有小流量回流稳定器。不仅可以扩大小流量区运行范围，而且可以缩小扬程曲线小流量区的驼峰段；使泵在小流量区域工作的参数范围广；如图3，图4所示。

增速齿轮箱是高速泵平稳可靠运行的关键部件。增速齿轮箱由增速箱箱体、齿轮轴组件、强制润滑系统、冷却循环系统等组成。增速齿轮轴组件由高强度合金钢制造；齿轮和轴承的润滑是由装在增速箱箱体外侧的由输入轴轴端驱动的润滑油泵提供压力油实行强制润滑；润滑油泵外置，便于油路系统检修，齿轮箱箱体内部油路进行了巧妙设计。起动前齿轮箱油位高于高速轴轴承，使高速轴齿轮和轴承浸泡于润滑油内，能够起到开机预润滑作用，起动后高速齿轮轴一侧油位自动降低，可以避免高速轴齿轮和轴承在泵运转时泡在油里，产生大量的热（详见图5）。

高速轴两端采用重载荷滑动轴承，外侧配有双向可倾瓦轴承。使得高速轴可以承受更大的双向轴向载荷，泵最大入口承受工作压力可达10MPa；

增速箱配有预润滑及润滑油压力安全保护系统，使泵具有高的泵运行可靠性和安全性；增速箱单级增速比达到6.7，齿轮模数大，传递功率大，使得泵工作转速可到20000rpm。增速箱配有双联过滤器，外置电动辅助润滑系统，增加了机组的运转可靠性。

在石化生产中的应用举例

某石化公司加氢装置提出的注水泵工艺参数如下:

泵送物料：除盐水，密度为981kg/m3；

入口温度60℃；

入口压力0.3MPa，出口压力19.53MPa；

正常流量：Q=38m3/h；最大流量42m3/h；

扬程：H=2000m；

泵设计的详细型号为:GSB-W7-39/2000；

工作转速:n=19226r/m；

设计效率η=38%；

配套电机:N=630kW；

泵必需汽蚀裕量NPSHr≤8m；

机械密封系统采用API PLAN13单端面反向冲洗机械密封系统。

水性能测试

2013年1~10月完成了GSB-W7型超高扬程注水高速泵（项目详细型号为GSB-W7-39/2000）的设计，加工制造和机组装配。2013年11月完成了GSB-W7型超高扬程注水高速泵的空载机械运行考核。2013年12月在国家特种泵阀工程技术中心2240kW级高速泵试验台上对GSB-W7型超高扬程注水高速泵进行了全面的的水力性能测试（见图6）。

GSB-W7型超高扬程注水高速泵的水力性能测试结果详见图7，从测试结果看，接近正常流量点时，流量Q=38.4m3/h时，扬程：H=2026.4m；泵效率：η=38.5%；泵的轴功率N=537.9kW。接近最大流量点42m3/h 时，扬程为2008m；泵效率为40.9%；泵的轴功率为551.6kW。泵汽蚀裕量试验测量值（NPSHr）为6.5m；满负荷带载机械运行振动位移最大测量值为13μm，振动速度最大测量值为2.6mm/s；从测试结果来看，性能参数达到了设计预期，性能参数满足工艺要求。

运行效果

2014年2月，GSB-W7型超高扬程注水高速泵机组成功交付国内某石化公司，并在其加氢裂化装置现场完成了机组的安装、配管以及仪表电气连接，随后进行了单机试车。2014年3月初，GSB-W7型超高扬程注水高速泵在加氢裂化装置顺利投料并切入生产运行。4个月的连续运行情况表明，机组运行平稳，各项性能指标均满足生产工艺要求，受到用户好评。

结论

从满负荷水力性能考核试验结果和在装置现场实际投料运行的情况来看，GSB-W7型超高扬程注水高速泵的流量、扬程等参数完全满足工艺要求， 效率较高，泵汽蚀裕量较低；充分说明GSB-W7型超高扬程注水高速泵的研制应用取得成功。该产品工业化应用填补了国内空白，使我国在超高扬程注水高速泵研制方面走向世界先进行列，将为我国石油和化工行业提供更好的技术支撑，对打破国外垄断、替代进口、促进国内高速泵技术发展起到重要作用。