有效降低臥式多級(jí)離心泵軸承溫度的方法

侯玉杰，馬 亮

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司渤南作業(yè)公司，天津 300459）

0 引言

海上石油平臺(tái)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(jí)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(jìn)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(tái)進(jìn)行進(jìn)一步處理。平臺(tái)投產(chǎn)初期每日的原油外輸量可達(dá)到3500 m3/d，需要兩臺(tái)原油外輸泵同時(shí)運(yùn)行才能滿足現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)需求。

多級(jí)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(yáng)程及出口壓力高、結(jié)構(gòu)合理、成本低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于輸送水、化學(xué)介質(zhì)及其他液體，在海洋石油平臺(tái)的日常生產(chǎn)中同樣發(fā)揮著關(guān)鍵作用。由于海上平臺(tái)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(huì)影響設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

某平臺(tái)原油外輸泵采用臥式多級(jí)離心泵，由于原油外輸泵的原始設(shè)計(jì)為非驅(qū)動(dòng)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(dòng)不能及時(shí)將設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的熱量帶走，致使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)非驅(qū)動(dòng)端溫度達(dá)到高溫報(bào)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。

1 故障原因分析

根據(jù)原油外輸泵非驅(qū)動(dòng)端軸承頻繁高溫報(bào)警、關(guān)停故障時(shí)，大膽開闊思路，跳出常規(guī)思維——即簡(jiǎn)單的認(rèn)為是由于運(yùn)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(duì)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行所帶來的影響，分析出該泵非驅(qū)動(dòng)端頻繁高溫報(bào)警、關(guān)停的主要原因有：①泵非驅(qū)動(dòng)端的原始設(shè)計(jì)是單純依靠軸承室外部散熱片進(jìn)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(rùn)滑油黏度較高，流動(dòng)性不好。

針對(duì)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(rùn)滑油更換為黏度較低、流動(dòng)性較好的多寶T32 潤(rùn)滑油。

（2）對(duì)非驅(qū)動(dòng)端軸承室進(jìn)行改造，添加軸承冷卻風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)。

2 制定技術(shù)方案

2.1 技術(shù)方案的制定及綜合分析

在確定非驅(qū)動(dòng)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(jìn)行全面的科技創(chuàng)新、技術(shù)攻關(guān)，從以下4 個(gè)方面由簡(jiǎn)入繁，進(jìn)行分析、對(duì)比。

2.1.1 更換軸承室潤(rùn)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(dòng)性稍差、散熱性較差，長(zhǎng)時(shí)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(rùn)滑使用。通過分析對(duì)比，多寶T32 潤(rùn)滑油的理化特性具有黏度較低、流動(dòng)性較好、性質(zhì)穩(wěn)定、散熱性較好、高溫下長(zhǎng)時(shí)間使用不易變性等特性。經(jīng)過綜合分析評(píng)估、對(duì)比決定將原始滑油更換為多寶T32 潤(rùn)滑油，更換完畢試運(yùn)行最高溫度由原始的75 ℃降至70 ℃，雖然運(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn)的要求。

2.1.2 添加軸流風(fēng)機(jī)強(qiáng)制促進(jìn)空氣流動(dòng)

外輸泵安裝位置處于平臺(tái)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(dòng)，可以在外輸泵頂部空間添加軸流式葉片風(fēng)機(jī)，對(duì)設(shè)備周圍環(huán)境進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，降低局部溫度，營(yíng)造設(shè)備所處適宜的溫度環(huán)境。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)勘察及分析對(duì)比發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)可利用空間受限，項(xiàng)目實(shí)施存在一定困難且實(shí)施費(fèi)用高昂，實(shí)用性不高。

2.1.3 臨時(shí)增設(shè)軸流式風(fēng)機(jī)對(duì)非驅(qū)動(dòng)端軸承室進(jìn)行吹掃降溫

通過引出額外電源安裝外掛式軸流風(fēng)機(jī)對(duì)軸承室進(jìn)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(chǎng)設(shè)備正常運(yùn)行的要求。但是外掛式軸流風(fēng)機(jī)始終只是臨時(shí)措施，不是長(zhǎng)久之計(jì)，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(dòng)端添加軸承冷卻風(fēng)扇

對(duì)非驅(qū)動(dòng)端軸承室進(jìn)行強(qiáng)制吹掃散熱，使添加的冷卻風(fēng)扇與外輸泵成為一個(gè)整體，通過轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)來帶動(dòng)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)軸承室散熱翅片進(jìn)行吹掃，強(qiáng)制增加空氣對(duì)流將軸承室溫度帶走從而提高軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的散熱速度，降低軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度，使其處于合適的運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境。

2.2 最優(yōu)技術(shù)解決方案選擇

經(jīng)過分析對(duì)比結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及運(yùn)轉(zhuǎn)要求，對(duì)設(shè)想方案進(jìn)行充分分析、對(duì)比、評(píng)估，決定采用在原油外輸泵非驅(qū)動(dòng)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(duì)整個(gè)軸承室實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制吹掃散熱，加大散熱力度，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

3 技術(shù)方案的實(shí)施

原油外輸泵非驅(qū)動(dòng)端添加軸承冷卻風(fēng)扇方案的實(shí)施，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況在非驅(qū)動(dòng)端泵軸的端部安裝短節(jié)，通過對(duì)泵軸端面中心進(jìn)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(yùn)轉(zhuǎn)方向相反。主要實(shí)施步驟及采取的技術(shù)措施如下。

3.1 泵軸端面鉆孔、攻絲安裝泵軸短節(jié)

泵軸端面鉆孔、攻絲是該項(xiàng)目的關(guān)鍵步驟之一，需要注意以下4 項(xiàng)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(shì)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(chǎng)的實(shí)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(yùn)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(jìn)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(jìn)給工具固定在設(shè)備上，通過調(diào)整鉆頭的進(jìn)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(duì)泵軸加工孔洞進(jìn)行綜合測(cè)算保證孔洞規(guī)格能夠滿足設(shè)備正常運(yùn)行，經(jīng)測(cè)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(dòng)的現(xiàn)象，需要對(duì)孔洞加工反方向旋合的螺紋（圖1）。

圖1 泵軸短節(jié)

3.2 選擇添潤(rùn)滑油軸端密封裝置

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(rùn)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(jìn)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(rùn)滑油軸端密封裝置進(jìn)行密封（圖2）：軸承室外側(cè)壓蓋開孔之前需要對(duì)油封進(jìn)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(duì)中心點(diǎn)進(jìn)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(rùn)滑油軸端密封裝置

3.3 選擇合適的冷卻風(fēng)扇

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(chǎng)散熱溫降的要求，又要保證旋轉(zhuǎn)過程中的強(qiáng)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(chǎng)實(shí)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(jìn)行防打滑安裝，冷卻風(fēng)扇的外側(cè)采用卡簧鉗進(jìn)行固定。

3.4 安裝旋轉(zhuǎn)保護(hù)裝置

為了保障設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性需要給冷卻風(fēng)扇外側(cè)添加防護(hù)罩，為了保證防護(hù)罩的正常安裝，需要在軸承室外側(cè)壓蓋焊接伸出3 個(gè)互成120°的防護(hù)罩固定底座，用螺栓將防護(hù)罩與底座進(jìn)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(dòng)端添加軸承冷卻風(fēng)扇項(xiàng)目的實(shí)施無需額外為冷卻風(fēng)扇增加動(dòng)力，依靠泵軸的轉(zhuǎn)動(dòng)來帶動(dòng)冷卻風(fēng)扇的快速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生氣流將潤(rùn)滑油箱的熱量吹走，達(dá)到冷卻的效果。項(xiàng)目改造至今，設(shè)備一直處于平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行溫度由原來的夏季最高75 ℃降低至46 ℃，既保障運(yùn)行安全也為軸承的有效潤(rùn)滑提供了適宜溫度，大大減少軸承檢修頻率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

4 實(shí)施成效

本次原油外輸泵非驅(qū)動(dòng)端添加軸承冷卻風(fēng)扇項(xiàng)目，自改造至今一直處于平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)，非驅(qū)動(dòng)端軸承室溫度大幅降低，運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，保障了平臺(tái)原油系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)效益明顯。該項(xiàng)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(gè)油田關(guān)斷這一潛在風(fēng)險(xiǎn)，避免經(jīng)濟(jì)損失的嚴(yán)重后果。同時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員今后還需要學(xué)習(xí)和采納的該項(xiàng)目的思維模式及處理方法。這一自主創(chuàng)新改造項(xiàng)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。