外輸滾筒主油泵頻繁停泵故障分析

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(中海油能源發展采油服務公司,天津 300452)

海洋石油161平臺的外輸滾筒作為外輸系統的關鍵設備，負責外輸軟管的下放及回收，滾筒由液壓馬達驅動，帶動滾筒正、反向旋轉，并帶剎車裝置，在2011年海洋石油161平臺升級改造時增加一套與之配套的排管器裝置。外輸滾筒的可靠運行是外輸的關鍵，在海況惡劣時，為保證外輸軟管的及時下放和回收，外輸滾筒的可靠性尤為重要[1-2]。

1 故障分析

在外輸軟管收放期間，頻繁出現外輸滾筒主油泵停泵現象，再次啟泵主油泵可再次運行，外輸滾筒收放和排管器不能同時運行，這一故障現象已嚴重影響了外輸作業中外輸軟管的正常工作。

1.1 電控原理圖分析

根據故障現象結合主油泵控制原理圖(見圖1)，初步分析造成停泵的原因如下：系統中的液壓油壓力高，液壓油箱液位低，主開關過載。

現場模擬試驗，只有液位低會造成停泵，油壓高、液位高報警不停泵。現場觀察液位計是安裝在油箱上部的，從油位視窗觀察實際液位正常。經過現場確認，本套液壓控制系統沒有安裝壓力開關，因此壓力高造成停泵的故障點可排除。根據故障現象觀察，每次停泵后可馬上重新啟動，如果故障原因為主開關過載，需手動復位，主開關過載造成停泵原因可排除。

圖1 海洋石油161外輸滾筒電控原理圖

試驗及現場確認，液位開關輸出不穩定可能是停泵的真正原因。

1.2 PLC程序檢查

由圖1可見，溫度傳感器可能也參與主油泵的控制。因此有必要對PLC內部程序進行分析確認。圖2為PLC內部邏輯圖。

由圖2可見，PLC從溫度傳感器得到4～20 mA信號。內部設定為油溫大于等于60 ℃時，通過中間繼電器M21、M1和M10，輸出點Y0和Y2為1。通過圖3可知，當Y0和Y2為1時，主油泵1的接觸器KM1和主油泵2的接觸器KM3被重置。現場模擬試驗，拔出溫度傳感器電纜接線端子，馬上造成停泵現象。溫度傳感器的安裝位置為液壓油箱，根據近期外輸滾筒收放作業時的觀察，液壓油箱的溫度最高不超過40 ℃[3-4]。

結論：懷疑溫度傳感器存在問題造成故障停泵。

圖2 PLC內部邏輯圖

圖3 主油泵控制原理

2 故障驗證及處理

單獨試驗排管器，不斷重復“橫向移動排管器→停止移動排管器、排管器前進→排管器后退”，總計重復15次左右，其中液壓站主油泵停泵4次，停泵后都能馬上啟動主油泵。停泵瞬時的故障現象為油溫高報警燈閃爍了一下，然后馬上恢復正常。結合分析故障原因，判斷為溫度傳感器問題造成主油泵停泵。

為了證明因溫度傳感器故障造成停泵，將原溫度傳感器的電纜脫開。通過電阻箱模擬40 ℃溫度值輸入到PLC中(模擬試驗期間，安排專人用點溫儀嚴密監測液壓油運行溫度，如超出設定值60 ℃立即停泵)，經過一次外輸期間收放軟管和操作排管器觀察，無停泵現象發生，且能實現排管器和外輸滾筒同時操作，斷定停泵原因為溫度變送器問題。

將該液壓站的該溫度傳感器的內芯換為質量更可靠的Rosemount PT100溫度傳感器。同時對液壓油箱液位開關進行校核，確保其可靠、穩定地運行。外輸滾筒液壓控制系統原理見圖4。

圖4 液壓系統原理

3 其他問題

根據現場觀察，溫度傳感器的安裝位置為液壓油箱。通過外輸滾筒工作期間觀察，各個部分檢測到的溫度(點溫儀)分別為主油泵泵體溫度69 ℃、主油泵出口管線溫度57 ℃、冷卻器溫度為54 ℃、液壓油箱溫度34 ℃。根據液壓油控制、保護參數設定可知，液壓油的溫度保護設定為60 ℃停主油泵。但根據上述分析，溫度傳感器的安裝位置為液壓油箱，在主油路油溫達到57 ℃時，溫度傳感器探測到油箱的油溫為34 ℃。實際上溫度傳感器起不到油溫保護的作用。由圖4分析可知，導致油溫差異的原因應為補油泵(額定排量為30 L/min)在補充主油路用油后的回流和系統泄露油經過散熱器回到油箱，大部分的循環油是在主油泵(額定排量92 L/min)和液壓馬達之間進行閉式循環，沒有經過散熱器散熱，造成了主油路的油溫遠遠高于油箱的油溫。為降低液壓油回路的油溫差異，需對主液壓油回路進行適應性改造[5]。

4 結論

通過對外輸滾筒液壓單元電控原理及PLC程序的分析，找到主油泵頻繁啟停的根本原因為溫度傳感器工作不穩定。同時在排查故障的過程中發現了主回路液壓油無法有效冷卻的設計缺陷，據此提出建議對外輸滾筒液壓單元進行改造。目前已在主油路增加冷卻裝置，主回路液壓油得到有效冷卻，外輸滾筒運行更加平穩、可靠。

[1] 金向東.國產外輸滾筒在自安裝采油平臺的應用[J].西部探礦工程,2011,(2):56-57.

[2] 外輸滾筒設計說明書[R]．謝克斯特(天津)海洋船舶工程有限公司,2008．

[3] 范國偉.三菱可編程序控制器技術與應用[M].北京.人民郵電出版社,2010.

[4] 于 淼，吳化柱.PLC在溫度控制中的應用[J].電腦知識與技術,2009,5(2):480-481.

[5] 余軍偉.提升機液壓站冷卻和加熱裝置設計與應用[J].煤礦機械,2011,(11):22-24.