探究渦輪發(fā)電機滑油高溫的診斷及解決

王亞東 葛華杰

摘要：目前，渦輪發(fā)電機在石油行業(yè)應(yīng)用極為廣泛，尤其對海上石油設(shè)施來說，普遍采用渦輪發(fā)電機作為動力設(shè)備，保證渦輪發(fā)電機穩(wěn)定良好的運行，實現(xiàn)持續(xù)不斷的動力供應(yīng)，是十分必要的。本課題基于某油田使用的渦輪發(fā)電機組滑油頻繁高溫的現(xiàn)象，通過對環(huán)境、滑油流程、結(jié)構(gòu)布局等多方面的分析，對滑油高溫的故障進行診斷，提出了多種滑油冷卻方案，分析了措施的可行性，并經(jīng)過實踐探索最佳的滑油風(fēng)冷方式：抽風(fēng)式風(fēng)冷，為渦輪機組的類似故障提供了思路。

Abstract： At present， the turbine generator is widely applied in petroleum industry， especially for offshore oil facilities， widely used as power turbine generator equipment， guarantee the stability of turbine generator good running， realize the continuous power supply， it is very necessary This topic is based on the use of in certain oilfield in the turbogenerator lubricating oil frequently the phenomenon of high temperature， through the lubricating oil flow to the environment Based on the analysis of the structure layout and other aspects， the fault diagnosis of high temperature lubricating oil was carried out， a variety of lubricating oil cooling schemes were proposed， the feasibility of the measures was analyzed， and the best lubricating oil air cooling method， extraction air cooling， was explored through practice， providing a train of thought for similar faults of turbine units.

關(guān)鍵詞：渦輪發(fā)電機;滑油冷卻;抽風(fēng)式風(fēng)冷

Key words： turbine generator;oil cooler;extrusion air cooling

中圖分類號：U463.63+1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）19-0115-02

0? 引言

滑油冷卻器作為一種廣泛應(yīng)用于動力、化工、船舶、制冷和機械等領(lǐng)域的換熱設(shè)備[1]，對于渦輪發(fā)電機組來說，潤滑系統(tǒng)是其重要系統(tǒng)之一，對于機組來說，若不及時供應(yīng)適當(dāng)溫度的潤滑油，就會使零件溫度迅速升高[2]，直接影響機組的穩(wěn)定運行，機組的運行狀態(tài)關(guān)乎油田持續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)。本課題的研究，基于某海上采油使用的平臺渦輪機組，該機組隨著投入使用，滑油經(jīng)常出現(xiàn)高溫，尤其夏季以來，機組更是頻繁高溫，對油田的持續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)帶來了困擾，怎樣診斷其根本原因，徹底避免機組滑油夏季頻繁高溫，是油田亟需解決的一項課題。

1? 背景及現(xiàn)狀

某海上油田配置兩臺渦輪發(fā)電機組，每臺機組都有獨立的潤滑系統(tǒng)，擔(dān)負著機組個旋轉(zhuǎn)部件的潤滑和冷卻，它的組成包括以下幾個部分：主油箱、滑油泵、、溫控閥、滑油冷卻器、滑油冷卻風(fēng)扇，滑油雙聯(lián)濾器、管線以及各種保護開關(guān)（溫度高、低報警和關(guān)斷開關(guān)，壓力高、低報警和關(guān)斷開關(guān)，滑油箱高低液位報警關(guān)斷開關(guān)等），流程簡圖如圖1所示。

機組的潤滑過程簡述為：機組運行時，滑油經(jīng)過滑油泵增壓，高壓的滑油依次經(jīng)過單流閥、溫控閥，當(dāng)滑油溫度低于55攝氏度時，滑油不經(jīng)過滑油冷卻器，直接經(jīng)過雙聯(lián)濾器，為機組軸承等部件進行潤滑，若滑油溫度高于55攝氏度，在溫控閥的控制下，有部分滑油進入冷卻器，對滑油進行冷卻，滑油溫度越高，經(jīng)過冷卻器的滑油越多，通過冷卻，將機組的滑油保持在合適的溫度范圍，若滑油溫度超高74攝氏度，則機組高溫停機保護。

設(shè)備滑油因高溫造成的關(guān)停占比達到了62%，占比較大，設(shè)備的故障關(guān)停給油田生產(chǎn)帶來了困擾，消除機組滑油高溫的現(xiàn)象，是油田面臨的一項難題，亟需解決。

2? 故障診斷與處理

油田渦輪機組的滑油冷卻器是一種翅片式的冷卻器，冷卻滑油依靠風(fēng)冷實現(xiàn)，，風(fēng)扇置于冷卻器正下方，冷卻風(fēng)扇由電機帶動，傳動形式為皮帶傳動，是送風(fēng)式風(fēng)冷方式。具體的冷卻過程是：若滑油溫度高于設(shè)定值，冷卻風(fēng)扇電機得到系統(tǒng)指令啟動，通過皮帶帶動風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)，對滑油進行風(fēng)冷。

針對設(shè)備的滑油高溫現(xiàn)象，油田對機組滑油高溫關(guān)停的類型進行詳細的統(tǒng)計與分析：

因為環(huán)境高溫導(dǎo)致滑油高溫的故障占比最大，此外還有皮帶打滑、溫控閥故障等，占比較小，針對滑油高溫的故障類型，具體分析如下：

2.1 冷卻風(fēng)扇皮帶打滑原因分析與排除措施

參照本機組滑油冷卻方式以及滑油冷卻器布局，油田對皮帶打滑的故障進行分類和總結(jié)，具體的皮帶打滑原因分析如表1所示。

通過診斷與排除，有效的消除了機組因皮帶打滑造成滑油高溫的現(xiàn)象。

2.2 冷卻風(fēng)扇電機故障與溫控閥故障的原因分析與排除措施

正常來說，冷卻風(fēng)扇電機故障與溫控閥故障導(dǎo)致的滑油高溫，表現(xiàn)為：滑油溫度快速上升至關(guān)停溫度，但故障出現(xiàn)的概率相對來說較小。電機出現(xiàn)的故障一般有：電機過載、電機反轉(zhuǎn)，其對應(yīng)原因一般是電機軸承卡滯和電機檢修后的接線異常，排除的措施是定期做好電機的維護保養(yǎng)，尤其是軸承定期添加潤滑脂。溫控閥的故障的原因是：溫控閥內(nèi)部感溫包損壞、流道被異物卡滯，排除措施是更滑感溫包和清理異物。

2.3 環(huán)境高溫導(dǎo)致滑油高溫的原因分析與排除措施

在渦輪機組投入使用的初期，環(huán)境溫度高會滑油溫度上升，但沒有到達關(guān)停溫度，但隨著使用，冷卻器的冷卻效率變低，環(huán)境溫度易導(dǎo)致滑油溫度升高至關(guān)停溫度。需要指出的是，這里的環(huán)境高溫指冷卻器周圍的溫度高，下面分情況分析：①渦輪排氣溫度對冷卻器的影響。受海上采油平臺空間的限制，普遍來說排煙管離冷卻器距離有限，這導(dǎo)致的現(xiàn)象是：若風(fēng)由排煙口吹向冷卻器，則高溫的氣體導(dǎo)致冷卻器周圍氣溫高，導(dǎo)致冷卻效果變差，易導(dǎo)致滑油高溫。②炎熱天氣對冷卻器的影響。一般來說，渦輪機組設(shè)置在海上采油平臺的上層甲板，收到太陽的直接照射，當(dāng)炎熱季節(jié)來臨，上層甲板溫度普遍較高，根據(jù)統(tǒng)計，一般滑油最高溫度出現(xiàn)的時間是下午2點到4點，環(huán)境的高溫，導(dǎo)致冷卻器的冷卻冷卻效果變差，易導(dǎo)致滑油高溫。③冷卻器位置布局對冷卻器的影響。油田配置的三臺渦輪機組，間隔較近，滑油冷卻器雖然置于最高位置，但冷卻器處于生活樓和渦輪進氣橇的半環(huán)繞狀態(tài)，這導(dǎo)致冷卻器周圍的空氣流通受限，若風(fēng)向不對，導(dǎo)致冷卻后的熱氣不能及時散去，導(dǎo)致冷卻器的冷卻冷卻效果變差，易導(dǎo)致滑油高溫。以上三種情況，導(dǎo)致的滑油溫度升高是一個平緩的過程，但不受人為控制，處理起來較為困難，本文主要針對以上情況，提出幾種解決方案。

3? 幾種冷卻器改造方案的可行性研究

3.1 升高滑油冷卻器高度

措施：將冷卻器升高至一定的高度，使其周圍無遮擋，使冷卻后的熱風(fēng)能夠及時散走。

優(yōu)點：冷卻后的熱風(fēng)被及時帶走，很大的程度上解決了窩風(fēng)的問題，相對來說改造成本較小。

缺點：雖然解決了“窩風(fēng)”的問題，但依然受炎熱天氣的高溫和排氣管的熱氣影響。

論證：對了對比改造其效果，將一臺滑油冷卻器升高，經(jīng)過實踐論證發(fā)現(xiàn)，升高后，在正常氣溫條件下，滑油溫度明顯低于相對另兩臺機組，甚至升高后，高溫的排氣更容易影響到冷卻效果，甚至在晚上容易出現(xiàn)高溫。

結(jié)論：升高冷卻器高度，沒有達到預(yù)期的效果。

3.2 增加冷卻器噴淋裝置

措施：在冷卻器的正上方位置安裝噴淋管，從水站引入淡水，并安裝控制閥控制噴淋的啟用和停止。

優(yōu)點：改造成本小，作業(yè)量小，在氣溫較高時，使用水冷配合風(fēng)冷給冷卻器降溫，降溫效果好。

缺點：需要消耗油田的淡水資源，長時間的噴淋加速冷卻器的腐蝕且易造成甲板積水，并且容易使冷風(fēng)風(fēng)扇皮帶打滑。

論證：為論證其效果，油田嘗試性的改造為冷卻器安裝了簡易的水噴淋裝置，經(jīng)過實踐發(fā)現(xiàn)，在高溫區(qū)段，使用噴淋可快速降溫，效果良好，但噴淋水量過大時，皮帶打滑嚴重，反而導(dǎo)致機組因滑油高溫關(guān)停。

結(jié)論：可作為應(yīng)急措施使用，但需要給皮帶增裝防護罩，防止水漬進入。

3.3 增大電機功率，改變風(fēng)冷方式

措施：安裝抽風(fēng)式的鼓風(fēng)設(shè)備，將原有的送風(fēng)式的風(fēng)冷方式，改變?yōu)槌轱L(fēng)式的風(fēng)冷方式，且增大電機功率。

優(yōu)點：能夠消除機組高溫排氣、炎熱天氣和“窩風(fēng)”對冷卻器的影響，效果良好。

缺點：改造成本相對較大。

論證：為了檢驗其效果，油田對其中一臺進行了嘗試性的改造，改造發(fā)現(xiàn)，效果非常好，基本消除了環(huán)境對冷卻器的影響。

結(jié)論：針對與本案例類似的情況，可達到預(yù)期的效果。

4? 結(jié)論

滑油冷卻器是一種必不可少的的換熱設(shè)備[3]，本案例對于渦輪發(fā)電機滑油高溫的診斷及解決，基于海上某油田渦輪發(fā)電機組滑油的高溫原因進行了分析，尤其針對環(huán)境高溫對滑油的影響，將其影響進行了詳細剖析與分析，針對分析結(jié)果，提出了三種關(guān)于冷卻器的改造方案，對其可行性進行了詳細的論證與實踐，最終通過改變滑油冷卻器的風(fēng)冷方式，徹底排除了高溫環(huán)境對滑油冷卻效果的影響。本案例的成功實踐，為油田解決了機組滑油高溫的故障，為油田穩(wěn)定生產(chǎn)做好了保障，并且為類似設(shè)備的滑油冷卻方式提供了良好的參考，具有積極的意義。

參考文獻：

[1]南金秋.滑油冷卻器強化傳熱實驗研究及其優(yōu)化設(shè)計[D].哈爾濱工程大學(xué)碩士論文，2008.

[2]石帥.滑油冷卻器強化換熱與阻力特性研究[D].哈爾濱工程大學(xué)，2013.

[3]王廣夫，王琰.船用滑油冷卻器的選型分析[J].機電設(shè)備，2014.