采油平臺主發電機高壓油泵存在問題及改進

曲 磊

（深圳中海油服深水技術有限公司，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/原油雙燃料發動機，5 臺主發電機，機組單臺功率10 444 馬力（7681.549 kW），機組轉速720 r/min，型號V-32/40，16 缸，四沖程。其中1 臺備用。按設計要求，4 臺機組將提供28 MW 的電量，主發電機5 臺主發電機運轉3000 h 后，即出現啟動困難，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、燃料油出現泄漏，燃料油過濾器出現破損，燃油壓力波動較大。機組運行1 年后，機組所有的高壓油泵柱塞，高壓泵進出口油管，需要更換燃料油過濾器。在正常操作運行時，發動機使用處理過的原油，當發動機啟動時或原油系統出現故障則使用柴油。

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

1 主發電機高壓油泵存在的問題分析

高壓油泵是柴油機的“心臟“。高壓油泵工作是否正常，決定了柴油發動機的動力性和使用壽命。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。當燃油高壓接近噴油器的噴油壓力時，柱塞偶件就不能使用了。

1.1 高壓油泵柱塞偶件磨損

主發電機運轉超過3000 h 后，高壓油泵柱塞出現磨損，普遍出現啟動困難，自動啟動功能無法實現。

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，油泵為發動機燃料油提供達到要求的壓力，柱塞配合件的異常磨損導致高壓油泵供油壓力偏低，燃料油霧化效果變差，油量供應波動較大，發動機各缸工作不平穩，導致燃料油燃燒不完全，機組運行期間的振動與噪聲明顯加大，發動機做功效率下降。

1.2 高壓油泵燃油管線破裂

機組運行過程中高壓油泵燃油管線破裂（圖1），由于高壓油泵的進回油管線彎管處是焊接的。引起高壓油泵進回油管破裂的主要原因有：主發電機運轉時的的振動較大，長時間的高強度振動動引起的疲勞損壞。

腐蝕造成的損壞。高壓油泵回油時對回油管線的沖擊，引起的應力損壞。

1.3 燃油含水量超標對高壓油泵的影響

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

水分本身不會引起高壓油泵的磨損或故障，高壓油泵工作運行時，油泵內部燃油溫度在125 ℃左右，水分蒸發后粘附在油泵柱塞配合面，機組運行期間沒有影響，機組停機，這些水汽會腐蝕柱塞部件，形成剝落雜質顆粒混合燃油中，引起柱塞的異常磨損或卡死柱塞。機組停機時間越長，柱塞部件腐蝕就會越大。

1.4 燃油中雜質顆粒對高壓油泵的影響

原油中的雜質顆粒經過分油機處理不干凈時，部分雜質顆粒就會進入到柱塞配合表面，部分雜質顆粒的硬度較大（如沙子），硬質顆粒就像刀具一樣，在柱塞表面來回反復運動，造成柱塞偶件的嚴重磨損，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。柱塞偶件磨痕達到柱塞端部后，高壓油泵基本不供油，機組啟動困難或無法啟動。

主發電機所用的燃料油，是原油分油機處理后的原油，由于原油本身的組成復雜，有原油、水分、雜質顆粒、各種化學藥劑等，如原油凈化不合格，燃料油濾器容易被堵塞或破損，原油中的各種雜質顆粒（如細沙子），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。發動機各缸的油泵磨損情況不一樣，最后表現為各缸爆發壓力差距較大，機組工況變差，做功效率下降。

圖1 破裂的燃油管線

2 針對高壓油泵磨損改進措施

針對高壓油泵在運行過程中出現的異常磨損現象，分析認為主要原因是機組所用燃油的品質引起，對燃油進行凈化處理，提高燃油質量，從根本上解決油泵的問題。

2.1 改進原油分離流程

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，原油在分油機處除水、除雜質后進到原油日用罐，主發電機所用的燃料油就來自原油日用罐。原油只經過一次分離處理，凈化處理后的原油中仍含有水分與雜質顆粒。按設計的要求，分油機應該24 h 連續運行，對原油日用罐的原油進行循環處理。但是原油分油機每天只需運行4～5 h，原油日用罐就已經滿了。這樣原油分油機長期總是頻繁啟動，造成其與驅動機構間的摩擦片磨損加劇，需要經常更換。

針對一次處理不能滿足需求的現狀，對現有的處理流程進行改進：在原油日用罐底部排放閥增加一條2 英寸（50.8 mm）的循環管線與一個單向閥（圖2 虛線部分），當原油供給泵正常運行時，油從原油艙通過供給泵進入到分油機凈化處理。儲存到原油日用罐。當原油供給泵停止時，油從原油日用罐排放閥經2英寸循環管線回到原油分油機入口，再次進行分離凈化后到原油日用罐，發動機所使用的燃料油經過分油機循環凈化處理，最大限度降低原油的含水量與雜質顆粒，保證進入主發電機的原油是合格的。

圖2 改進后的原油分離流程

2.2 加裝燃油閃蒸設備

按照ISO 8217—RMA、RMB 類型標準，MAN 主機對燃油的閃點要求高于60 ℃，含硫量5%以下，機組所用的原油來此本平臺的井口原油，原油的閃點變化較大，當閃點低于60 ℃時，處理后的原油進入發動機，引起機組劇烈振動（圖3）。

2.3 高壓油泵進回油管線加裝保護裝置

進回油管漏油時容易發生火災，因油管的壓力比較大，管線破裂時，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，原油自燃點一般在350 ℃左右。所以當燃油噴到排煙管附近時很容易著火、發生火災。高壓油泵進回油管加裝護罩是防止燃油泄漏后著火的一種方法，現在加的保護裝置，可以有效防止進回油管破裂時燃油的飛濺，從而降低火災發生的概率。另外，在日常工作中，應加強巡檢力度，定期維護保養設備（圖4）。

圖3 加裝的閃蒸設備

圖4 油泵管線加裝防護罩

3 結束語

通過主發電機的原油系統有針對性地改造，使主發電機運行的穩定性、可靠性得到極大提高，從而為整個油田的安全穩定運轉提供了保障，間接地增加了效益。這些改造措施，成本比較經濟，換來的卻是主發電機的穩定運營，不僅節約了維修成本，降低主發電機的事故率，也保障了油田電力的安全穩定供應。從某種意義上講，這將使油田的動力安全控制提高到了一個新的級別。