侯玉杰,馬 亮
(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤南作業(yè)公司,天津 300459)
海上石油平臺具有原油的開采、處理、外輸能力,由于其在上下游生產(chǎn)流程中的作用及所處位置,只具備原油初級脫水能力,使得原油含水量不超過15%。生產(chǎn)分離器是分離油氣水的重要裝置,經(jīng)過其處理過的原油進入原油緩沖罐穩(wěn)定、緩存之后,由原油外輸泵外輸至下游平臺進行進一步處理。平臺投產(chǎn)初期每日的原油外輸量可達(dá)到3500 m3/d,需要兩臺原油外輸泵同時運行才能滿足現(xiàn)場的生產(chǎn)需求。
多級離心泵作為使用頻率較高的一種泵型,臥式離心泵廣泛應(yīng)用于石油化工領(lǐng)域,具有效率、流量、揚程及出口壓力高、結(jié)構(gòu)合理、成本低、壽命長等優(yōu)點,適用于輸送水、化學(xué)介質(zhì)及其他液體,在海洋石油平臺的日常生產(chǎn)中同樣發(fā)揮著關(guān)鍵作用。由于海上平臺所處位置的特殊性,使得離心泵的安裝橇塊及位置有所限制,這會影響設(shè)備的運行狀態(tài)。
某平臺原油外輸泵采用臥式多級離心泵,由于原油外輸泵的原始設(shè)計為非驅(qū)動端軸承散熱方式,只是單純地依靠軸承室翅片自然散熱,再加上夏天海上環(huán)境溫度高及外輸泵所處位置閉塞、不通風(fēng),空氣流動不能及時將設(shè)備運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的熱量帶走,致使設(shè)備運轉(zhuǎn)時非驅(qū)動端溫度達(dá)到高溫報警值,嚴(yán)重影響原油的正常外輸,不僅增加了設(shè)備的檢修頻率,還縮短了設(shè)備的使用壽命。因此,亟需通過全面的原因分析和技術(shù)優(yōu)化方案,來保證原油的正常外輸。
根據(jù)原油外輸泵非驅(qū)動端軸承頻繁高溫報警、關(guān)停故障時,大膽開闊思路,跳出常規(guī)思維——即簡單的認(rèn)為是由于運行環(huán)境問題。
通過認(rèn)真研判、分析設(shè)備各季節(jié)溫度變化的區(qū)別,可能對設(shè)備穩(wěn)定運行所帶來的影響,分析出該泵非驅(qū)動端頻繁高溫報警、關(guān)停的主要原因有:①泵非驅(qū)動端的原始設(shè)計是單純依靠軸承室外部散熱片進行自然散熱;②泵安裝位置空氣流通性較差,不能有效的將軸承室散熱片的溫度帶走;③廠家建議加裝的潤滑油黏度較高,流動性不好。
針對以上分析,制定可以解決問題的方法:
(1)將原始黏度較高的15W-40 潤滑油更換為黏度較低、流動性較好的多寶T32 潤滑油。
(2)對非驅(qū)動端軸承室進行改造,添加軸承冷卻風(fēng)扇進行強制通風(fēng)。
在確定非驅(qū)動端軸承頻繁高溫原因后,為了保證原油的正常、平穩(wěn)外輸,保障設(shè)備的完整性,進行全面的科技創(chuàng)新、技術(shù)攻關(guān),從以下4 個方面由簡入繁,進行分析、對比。
2.1.1 更換軸承室潤滑油種類
由油品的理化特性可知,該原油外輸泵使用的油品黏度較大、流動性稍差、散熱性較差,長時間的高溫情況下使用容易變黑、結(jié)碳,適用于轉(zhuǎn)速較低、配合間隙的設(shè)備潤滑使用。通過分析對比,多寶T32 潤滑油的理化特性具有黏度較低、流動性較好、性質(zhì)穩(wěn)定、散熱性較好、高溫下長時間使用不易變性等特性。經(jīng)過綜合分析評估、對比決定將原始滑油更換為多寶T32 潤滑油,更換完畢試運行最高溫度由原始的75 ℃降至70 ℃,雖然運轉(zhuǎn)溫度有所下降,但是仍然無法滿足設(shè)備正常狀態(tài)運轉(zhuǎn)的要求。
2.1.2 添加軸流風(fēng)機強制促進空氣流動
外輸泵安裝位置處于平臺下甲板,由于周圍環(huán)境閉塞、不通風(fēng),且設(shè)備、管線密布,設(shè)備環(huán)境溫度高于周圍環(huán)境溫度。為了加快周圍的空氣流動,可以在外輸泵頂部空間添加軸流式葉片風(fēng)機,對設(shè)備周圍環(huán)境進行強制通風(fēng),降低局部溫度,營造設(shè)備所處適宜的溫度環(huán)境。經(jīng)過現(xiàn)場勘察及分析對比發(fā)現(xiàn),現(xiàn)場可利用空間受限,項目實施存在一定困難且實施費用高昂,實用性不高。
2.1.3 臨時增設(shè)軸流式風(fēng)機對非驅(qū)動端軸承室進行吹掃降溫
通過引出額外電源安裝外掛式軸流風(fēng)機對軸承室進行吹掃降溫,使軸承溫度由75 ℃降低至60 ℃,基本上可以滿足現(xiàn)場設(shè)備正常運行的要求。但是外掛式軸流風(fēng)機始終只是臨時措施,不是長久之計,而且存在一定的安全隱患,也不能從根本上解決問題。
2.1.4 在原油外輸泵非驅(qū)動端添加軸承冷卻風(fēng)扇
對非驅(qū)動端軸承室進行強制吹掃散熱,使添加的冷卻風(fēng)扇與外輸泵成為一個整體,通過轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動來帶動冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)動,對軸承室散熱翅片進行吹掃,強制增加空氣對流將軸承室溫度帶走從而提高軸承在運轉(zhuǎn)過程中的散熱速度,降低軸承的運轉(zhuǎn)溫度,使其處于合適的運轉(zhuǎn)環(huán)境。
經(jīng)過分析對比結(jié)合現(xiàn)場實際情況及運轉(zhuǎn)要求,對設(shè)想方案進行充分分析、對比、評估,決定采用在原油外輸泵非驅(qū)動端添加軸承冷卻風(fēng)扇這一方案,在原有的單純依靠軸承室散熱翅片自然散熱的基礎(chǔ)上,通過加裝冷卻風(fēng)扇對整個軸承室實現(xiàn)強制吹掃散熱,加大散熱力度,保證設(shè)備的正常運行。
原油外輸泵非驅(qū)動端添加軸承冷卻風(fēng)扇方案的實施,需要根據(jù)現(xiàn)場實際情況在非驅(qū)動端泵軸的端部安裝短節(jié),通過對泵軸端面中心進行打孔、攻絲并配置合適的一端帶有可旋轉(zhuǎn)螺紋的短節(jié)與泵軸端面通過旋合方式相連,并保證短節(jié)的旋合緊固方向與外輸泵運轉(zhuǎn)方向相反。主要實施步驟及采取的技術(shù)措施如下。
泵軸端面鉆孔、攻絲是該項目的關(guān)鍵步驟之一,需要注意以下4 項事宜:①保證打孔部位處于泵軸端面的中心;②孔洞的中心線勢必要與泵軸的中心線相重合;③孔洞的深度能夠滿足螺紋短節(jié)的旋合要求;④螺紋的旋轉(zhuǎn)方向要滿足現(xiàn)場的實際工況。
為了滿足加工過程中的技術(shù)要求保障設(shè)備的正常運行,特制定了如下技術(shù)措施:
(1)制作打孔中心定位器通過軸承緊固鎖母的螺紋進行旋合,保證打孔位置盡可能處于泵軸的中心部位且偏差處于可接受范圍內(nèi)。
(2)制作打孔專用進給工具固定在設(shè)備上,通過調(diào)整鉆頭的進給量平穩(wěn)、均勻輸出,使得孔洞的中心線與泵軸的中心線重合。
(3)根據(jù)孔洞需要承受旋轉(zhuǎn)載荷及旋合短節(jié)尺寸對泵軸加工孔洞進行綜合測算保證孔洞規(guī)格能夠滿足設(shè)備正常運行,經(jīng)測算及綜合分析需要打孔的直徑為Φ18 mm,孔洞深度為30 mm。
(4)為了保證短節(jié)的旋合方向與轉(zhuǎn)子的旋合方向相反,使得在旋轉(zhuǎn)過程中避免出現(xiàn)短節(jié)松動的現(xiàn)象,需要對孔洞加工反方向旋合的螺紋(圖1)。
圖1 泵軸短節(jié)
為了滿足軸承室外側(cè)壓蓋與泵軸間隙的密封要求及避免潤滑油泄漏,確保短節(jié)的安裝要求,需要在軸承室的外側(cè)壓蓋中心部位參照短節(jié)的直徑進行開孔處理,外側(cè)壓蓋孔洞與短節(jié)之間的縫隙需要選擇安裝尺寸合適的潤滑油軸端密封裝置進行密封(圖2):軸承室外側(cè)壓蓋開孔之前需要對油封進行選型,保證油封與壓蓋內(nèi)孔洞及短節(jié)外徑都有合適的配合;壓蓋開孔需要對中心點進行充分定位,避免安裝之后出現(xiàn)間隙不均勻?qū)е碌摹皰咛拧爆F(xiàn)象。
圖2 潤滑油軸端密封裝置
冷卻風(fēng)扇是給軸承降溫的重要零部件,選型十分關(guān)鍵,要求既能滿足現(xiàn)場散熱溫降的要求,又要保證旋轉(zhuǎn)過程中的強度,需要在風(fēng)扇的材料、葉片數(shù)量、厚度及平衡方面綜合考慮。經(jīng)過現(xiàn)場實際工況要求,選擇冷卻風(fēng)扇類型為高密度塑料材料,葉片數(shù)量5 片、厚度4 mm;采用過渡配合的方式安裝至短節(jié)的端部,短節(jié)端部的外表面和風(fēng)扇安裝內(nèi)孔表面采用凹凸鍵槽方式進行防打滑安裝,冷卻風(fēng)扇的外側(cè)采用卡簧鉗進行固定。
為了保障設(shè)備運轉(zhuǎn)的安全性需要給冷卻風(fēng)扇外側(cè)添加防護罩,為了保證防護罩的正常安裝,需要在軸承室外側(cè)壓蓋焊接伸出3 個互成120°的防護罩固定底座,用螺栓將防護罩與底座進行固定,防止旋轉(zhuǎn)部位意外傷人事故。
此原油外輸泵非驅(qū)動端添加軸承冷卻風(fēng)扇項目的實施無需額外為冷卻風(fēng)扇增加動力,依靠泵軸的轉(zhuǎn)動來帶動冷卻風(fēng)扇的快速旋轉(zhuǎn),產(chǎn)生氣流將潤滑油箱的熱量吹走,達(dá)到冷卻的效果。項目改造至今,設(shè)備一直處于平穩(wěn)運行狀態(tài),運行溫度由原來的夏季最高75 ℃降低至46 ℃,既保障運行安全也為軸承的有效潤滑提供了適宜溫度,大大減少軸承檢修頻率,延長設(shè)備使用壽命。
本次原油外輸泵非驅(qū)動端添加軸承冷卻風(fēng)扇項目,自改造至今一直處于平穩(wěn)運行狀態(tài),非驅(qū)動端軸承室溫度大幅降低,運行參數(shù)穩(wěn)定,保障了平臺原油系統(tǒng)穩(wěn)定運行,經(jīng)濟效益明顯。該項創(chuàng)新改造不僅大大節(jié)省了備件、人力、物料等,還在保證原油平穩(wěn)外輸及設(shè)備完整性方面貢獻(xiàn)巨大,可以有效避免外輸泵因高溫關(guān)停致使整個油田關(guān)斷這一潛在風(fēng)險,避免經(jīng)濟損失的嚴(yán)重后果。同時,相關(guān)技術(shù)人員今后還需要學(xué)習(xí)和采納的該項目的思維模式及處理方法。這一自主創(chuàng)新改造項目也可以為其他油田的類似情況處理提供借鑒,可推廣意義重大。