采油平臺主發(fā)電機(jī)高壓油泵存在問題及改進(jìn)

曲 磊

（深圳中海油服深水技術(shù)有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

渤海油田某采油平臺有德國MAN&BMW 公司的柴油/原油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，5 臺主發(fā)電機(jī)，機(jī)組單臺功率10 444 馬力（7681.549 kW），機(jī)組轉(zhuǎn)速720 r/min，型號V-32/40，16 缸，四沖程。其中1 臺備用。按設(shè)計(jì)要求，4 臺機(jī)組將提供28 MW 的電量，主發(fā)電機(jī)5 臺主發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)3000 h 后，即出現(xiàn)啟動(dòng)困難，高壓供油泵的柱塞磨損異常，各缸排氣溫度差距較大、缸壓偏低、燃料油出現(xiàn)泄漏，燃料油過濾器出現(xiàn)破損，燃油壓力波動(dòng)較大。機(jī)組運(yùn)行1 年后，機(jī)組所有的高壓油泵柱塞，高壓泵進(jìn)出口油管，需要更換燃料油過濾器。在正常操作運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)使用處理過的原油，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)或原油系統(tǒng)出現(xiàn)故障則使用柴油。

5 臺機(jī)組改用柴油后，日消耗柴油100 m3左右，年消耗柴油3 萬多立方米，費(fèi)用1.8 億元，如果便用原油做燃料油，費(fèi)用不到0.7 億元，還不包括柴油的運(yùn)輸、儲存等成本。

1 主發(fā)電機(jī)高壓油泵存在的問題分析

高壓油泵是柴油機(jī)的“心臟“。高壓油泵工作是否正常，決定了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和使用壽命。燃油壓力的大小主要是由柱塞偶件間隙的大小決定。隨著柱塞和柱塞套筒的磨損，間隙逐漸增大，燃油高壓也隨之降低。當(dāng)燃油高壓接近噴油器的噴油壓力時(shí)，柱塞偶件就不能使用了。

1.1 高壓油泵柱塞偶件磨損

主發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)超過3000 h 后，高壓油泵柱塞出現(xiàn)磨損，普遍出現(xiàn)啟動(dòng)困難，自動(dòng)啟動(dòng)功能無法實(shí)現(xiàn)。

柱塞配合件是高壓油泵的主要部件，柱塞配合精度較高，配合間隙小，油泵為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料油提供達(dá)到要求的壓力，柱塞配合件的異常磨損導(dǎo)致高壓油泵供油壓力偏低，燃料油霧化效果變差，油量供應(yīng)波動(dòng)較大，發(fā)動(dòng)機(jī)各缸工作不平穩(wěn)，導(dǎo)致燃料油燃燒不完全，機(jī)組運(yùn)行期間的振動(dòng)與噪聲明顯加大，發(fā)動(dòng)機(jī)做功效率下降。

1.2 高壓油泵燃油管線破裂

機(jī)組運(yùn)行過程中高壓油泵燃油管線破裂（圖1），由于高壓油泵的進(jìn)回油管線彎管處是焊接的。引起高壓油泵進(jìn)回油管破裂的主要原因有：主發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的的振動(dòng)較大，長時(shí)間的高強(qiáng)度振動(dòng)動(dòng)引起的疲勞損壞。

圖1 破裂的燃油管線

腐蝕造成的損壞。高壓油泵回油時(shí)對回油管線的沖擊，引起的應(yīng)力損壞。

1.3 燃油含水量超標(biāo)對高壓油泵的影響

機(jī)組所用的燃料油為平臺自產(chǎn)的原油，原油本身含水量較高，需要凈油機(jī)對水分進(jìn)行分離處理，保證燃油含水量符合要求，燃油含水率小于0.8%。

水分本身不會(huì)引起高壓油泵的磨損或故障，高壓油泵工作運(yùn)行時(shí)，油泵內(nèi)部燃油溫度在125 ℃左右，水分蒸發(fā)后粘附在油泵柱塞配合面，機(jī)組運(yùn)行期間沒有影響，機(jī)組停機(jī)，這些水汽會(huì)腐蝕柱塞部件，形成剝落雜質(zhì)顆粒混合燃油中，引起柱塞的異常磨損或卡死柱塞。機(jī)組停機(jī)時(shí)間越長，柱塞部件腐蝕就會(huì)越大。

1.4 燃油中雜質(zhì)顆粒對高壓油泵的影響

原油中的雜質(zhì)顆粒經(jīng)過分油機(jī)處理不干凈時(shí)，部分雜質(zhì)顆粒就會(huì)進(jìn)入到柱塞配合表面，部分雜質(zhì)顆粒的硬度較大（如沙子），硬質(zhì)顆粒就像刀具一樣，在柱塞表面來回反復(fù)運(yùn)動(dòng)，造成柱塞偶件的嚴(yán)重磨損，配合間隙隨著磨損量的增加而增大，燃油的滲透阻力開始下降，泄漏量開始增加。柱塞偶件磨痕達(dá)到柱塞端部后，高壓油泵基本不供油，機(jī)組啟動(dòng)困難或無法啟動(dòng)。

主發(fā)電機(jī)所用的燃料油，是原油分油機(jī)處理后的原油，由于原油本身的組成復(fù)雜，有原油、水分、雜質(zhì)顆粒、各種化學(xué)藥劑等，如原油凈化不合格，燃料油濾器容易被堵塞或破損，原油中的各種雜質(zhì)顆粒（如細(xì)沙子），隨著原油一起入高壓油泵柱塞偶件和噴油器中，引起柱塞偶件的過度磨損，部分原油經(jīng)柱塞配合面泄漏到燃油排放管，引起噴油器噴頭堵塞，燃油霧化效果變差。發(fā)動(dòng)機(jī)各缸的油泵磨損情況不一樣，最后表現(xiàn)為各缸爆發(fā)壓力差距較大，機(jī)組工況變差，做功效率下降。

2 針對高壓油泵磨損改進(jìn)措施

針對高壓油泵在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的異常磨損現(xiàn)象，分析認(rèn)為主要原因是機(jī)組所用燃油的品質(zhì)引起，對燃油進(jìn)行凈化處理，提高燃油質(zhì)量，從根本上解決油泵的問題。

2.1 改進(jìn)原油分離流程

原有的原油分離流程是原油從原油艙通過原油供給泵送到原油分油機(jī)，原油在分油機(jī)處除水、除雜質(zhì)后進(jìn)到原油日用罐，主發(fā)電機(jī)所用的燃料油就來自原油日用罐。原油只經(jīng)過一次分離處理，凈化處理后的原油中仍含有水分與雜質(zhì)顆粒。按設(shè)計(jì)的要求，分油機(jī)應(yīng)該24 h 連續(xù)運(yùn)行，對原油日用罐的原油進(jìn)行循環(huán)處理。但是原油分油機(jī)每天只需運(yùn)行4～5 h，原油日用罐就已經(jīng)滿了。這樣原油分油機(jī)長期總是頻繁啟動(dòng)，造成其與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)間的摩擦片磨損加劇，需要經(jīng)常更換。

針對一次處理不能滿足需求的現(xiàn)狀，對現(xiàn)有的處理流程進(jìn)行改進(jìn)：在原油日用罐底部排放閥增加一條2 英寸（50.8 mm）的循環(huán)管線與一個(gè)單向閥（圖2 虛線部分），當(dāng)原油供給泵正常運(yùn)行時(shí)，油從原油艙通過供給泵進(jìn)入到分油機(jī)凈化處理。儲存到原油日用罐。當(dāng)原油供給泵停止時(shí)，油從原油日用罐排放閥經(jīng)2英寸循環(huán)管線回到原油分油機(jī)入口，再次進(jìn)行分離凈化后到原油日用罐，發(fā)動(dòng)機(jī)所使用的燃料油經(jīng)過分油機(jī)循環(huán)凈化處理，最大限度降低原油的含水量與雜質(zhì)顆粒，保證進(jìn)入主發(fā)電機(jī)的原油是合格的。

圖2 改進(jìn)后的原油分離流程

2.2 加裝燃油閃蒸設(shè)備

按照ISO 8217—RMA、RMB 類型標(biāo)準(zhǔn)，MAN 主機(jī)對燃油的閃點(diǎn)要求高于60 ℃，含硫量5%以下，機(jī)組所用的原油來此本平臺的井口原油，原油的閃點(diǎn)變化較大，當(dāng)閃點(diǎn)低于60 ℃時(shí)，處理后的原油進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，引起機(jī)組劇烈振動(dòng)（圖3）。

圖3 加裝的閃蒸設(shè)備

2.3 高壓油泵進(jìn)回油管線加裝保護(hù)裝置

進(jìn)回油管漏油時(shí)容易發(fā)生火災(zāi)，因油管的壓力比較大，管線破裂時(shí)，噴出的油容易霧化，噴得比較高，很容易噴到排煙管附近，排煙管的溫度比較高，原油自燃點(diǎn)一般在350 ℃左右。所以當(dāng)燃油噴到排煙管附近時(shí)很容易著火、發(fā)生火災(zāi)。高壓油泵進(jìn)回油管加裝護(hù)罩是防止燃油泄漏后著火的一種方法，現(xiàn)在加的保護(hù)裝置，可以有效防止進(jìn)回油管破裂時(shí)燃油的飛濺，從而降低火災(zāi)發(fā)生的概率。另外，在日常工作中，應(yīng)加強(qiáng)巡檢力度，定期維護(hù)保養(yǎng)設(shè)備（圖4）。

圖4 油泵管線加裝防護(hù)罩

3 結(jié)束語

通過主發(fā)電機(jī)的原油系統(tǒng)有針對性地改造，使主發(fā)電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性得到極大提高，從而為整個(gè)油田的安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)提供了保障，間接地增加了效益。這些改造措施，成本比較經(jīng)濟(jì)，換來的卻是主發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)營，不僅節(jié)約了維修成本，降低主發(fā)電機(jī)的事故率，也保障了油田電力的安全穩(wěn)定供應(yīng)。從某種意義上講，這將使油田的動(dòng)力安全控制提高到了一個(gè)新的級別。