海洋石油161原油發(fā)電機(jī)組軸承損壞故障分析

穆勝軍 譚靜軒 李艷莉 李桂忠 高連燁 陳卓明 鄭 路 張洪濤

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司邊際油田作業(yè)服務(wù)公司 天津 300452）

海洋石油161原油發(fā)電機(jī)組軸承損壞故障分析

穆勝軍 譚靜軒 李艷莉 李桂忠 高連燁 陳卓明 鄭 路 張洪濤

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司邊際油田作業(yè)服務(wù)公司 天津 300452）

海洋石油161原油發(fā)電機(jī)型號為SE 630 SA6(AEM)發(fā)電機(jī)軸承潤滑方式為獨(dú)立潤滑，2012年11月22日使用過程中發(fā)現(xiàn)B機(jī)組發(fā)電機(jī)驅(qū)動端軸承溫度高故障，拆檢發(fā)現(xiàn)驅(qū)動端的滑動軸承損壞嚴(yán)重，軸承合金大面積熔著粘連，發(fā)電機(jī)的軸頸上在軸向15mm寬度范圍內(nèi)有輕微拉痕。而同類型的另一臺原油發(fā)電機(jī)軸承使用正常，對損壞軸承進(jìn)行故障分析并進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，從根本上保證該機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

發(fā)電機(jī)；軸承；損壞；軸瓦；氣動滑油泵

1 前言

1.1 機(jī)組概況

海洋石油161主電站機(jī)組由2臺1350KW原油發(fā)電機(jī)和1臺1000KW燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組成，一臺500KW應(yīng)急發(fā)電機(jī)滿足應(yīng)急狀態(tài)下的供電要求，并做為“黑啟動”工況下的恢復(fù)主電站的供電機(jī)組。

圖1 發(fā)電機(jī)型號

1.2 發(fā)電機(jī)軸承潤滑設(shè)計(jì)理念

主電站原油機(jī)組的發(fā)電機(jī)滑動軸承為獨(dú)立潤滑方式，即設(shè)置有獨(dú)立潤滑油泵供軸承潤滑，油泵電機(jī)由應(yīng)急配電屏供電，啟動機(jī)組前需提前啟動發(fā)電機(jī)軸承潤滑油泵并設(shè)置互鎖保護(hù)功能。

2 發(fā)電機(jī)軸承故障現(xiàn)象及檢查維修

2.1 發(fā)電機(jī)軸承檢查

2012年11月22日，原油B機(jī)組的發(fā)電機(jī)驅(qū)動端軸承溫度高故障。檢查確認(rèn)發(fā)電機(jī)組安全保護(hù)系統(tǒng)、顯示報(bào)警系統(tǒng)工作正常，驅(qū)動端和非驅(qū)動端軸承的供油系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，軸承滑油流量指示正常。

檢查發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，發(fā)電機(jī)組已運(yùn)行了2311小時。根據(jù)廠家提供的資料，軸承溫度在報(bào)警值以下工作是正常的（報(bào)警設(shè)定值為90℃）。此軸承自4月份以來的運(yùn)行時驅(qū)動端和非驅(qū)動端溫度差在20℃左右，到11月8號驅(qū)動端軸承最高溫度曾達(dá)到82℃，非驅(qū)動端軸承溫度在62℃左右，雖然軸承溫度在廠家要求的正常使用范圍內(nèi)，但依據(jù)滑動軸承的運(yùn)行使用溫度標(biāo)準(zhǔn)（一般不超過80°C），即對軸承進(jìn)行了相關(guān)的檢查，拆檢結(jié)果發(fā)現(xiàn)驅(qū)動端的滑動軸承損壞，軸承合金大面積脫落，發(fā)電機(jī)的軸頸上有約15mm寬度范圍內(nèi)有輕微拉痕。2012年11月25日，在對非驅(qū)動端軸承油箱進(jìn)行檢查時發(fā)現(xiàn)了少許金屬沫，因此又對發(fā)電機(jī)的非驅(qū)動端軸承進(jìn)行了拆檢。拆檢發(fā)現(xiàn)非驅(qū)動端的滑動軸承損壞，軸承合金熔著粘連。發(fā)電機(jī)軸頸表面發(fā)暗、光潔度正常，不影響正常使用。

圖2 損壞的驅(qū)動端軸承軸頸

圖3 非驅(qū)動端端軸承

圖4 溫度歷史曲線

2.2 原油發(fā)電機(jī)組較長時間停機(jī)后起機(jī)規(guī)程

（1）打開原油發(fā)電機(jī)組冷卻水加熱器對機(jī)組進(jìn)行充分預(yù)熱。預(yù)熱溫度50℃以上；

（2）啟動滑油預(yù)潤滑油泵；

（3）打開滑油分油機(jī)對系統(tǒng)機(jī)油進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱溫度達(dá)40℃以上；（4）打開起動空氣閥,對起動空氣系統(tǒng)進(jìn)行放殘；（5）打開柴油機(jī)示功閥，燃油手柄置于0位，在機(jī)旁進(jìn)行吹車；

（6）關(guān)閉柴油機(jī)示功閥，燃油手柄置于正常位，在機(jī)旁進(jìn)行起動。觀察機(jī)組運(yùn)行正常后轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)到遙控位，進(jìn)行主機(jī)的正常操作；

（7）主機(jī)正常帶載后，轉(zhuǎn)換原油進(jìn)行操作。2.3發(fā)電機(jī)軸承的檢修

對發(fā)電機(jī)軸頸表面進(jìn)行了拋光處理，更換新的軸承備件，在對整個機(jī)組的顯示、報(bào)警、安全保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行檢查，并對空氣啟動系統(tǒng)進(jìn)行檢查之后，起動機(jī)組試車。檢查機(jī)組及發(fā)電機(jī)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)正常，發(fā)電機(jī)軸承溫度最終穩(wěn)定在DE:53.0amp;NE:46.2℃,記錄如下：

表1

圖5 驅(qū)動端軸頸和非驅(qū)動端軸頸

圖6 驅(qū)動端軸承（新件）和非驅(qū)動端軸承（新件）

3 發(fā)電機(jī)軸承故障原因分析

3.1 發(fā)電機(jī)軸承故障初步原因分析

檢查故障機(jī)組記錄的運(yùn)行參數(shù)，沒有發(fā)現(xiàn)異常工況出現(xiàn)，也無法確認(rèn)軸承損壞的具體時間。根據(jù)軸承的損壞形式，懷疑故障原因可能為：

第一，軸瓦滑油潤滑不良所致。檢查發(fā)現(xiàn)軸承滑油流量低停車點(diǎn)有兩秒的延時（兩秒延時是安保系統(tǒng)原始設(shè)定值），在故障停機(jī)信號觸發(fā)后，發(fā)電機(jī)軸承可能會有短時間的缺油現(xiàn)象，可能造成軸瓦的非正常磨損，導(dǎo)致軸承的損壞。

其次，對于發(fā)電機(jī)軸承所使用滑油（隨機(jī)組出廠自帶）的粘度的懷疑。檢查軸承所用滑油型號感覺滑油在機(jī)房室溫（10℃）時粘度值偏低，在軸承正常工作溫度55℃時滑油的粘度會更低一些，軸承表面的所形成的油膜比較薄，軸承的存油也比較少，如果此時遇到軸承供油中斷的情況，可能也會對軸承產(chǎn)生一定影響。

第三，不排除軸承表面有缺陷造成軸瓦損壞的可能。

3.2 同類型機(jī)組另一臺發(fā)電機(jī)軸承的拆檢

檢查同類型的B機(jī)組發(fā)電機(jī)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)情圖九：發(fā)電機(jī)驅(qū)動端軸承氣動滑油泵設(shè)計(jì)圖況，驅(qū)動端和非驅(qū)動端軸承工作狀況正常。

圖7 驅(qū)動端軸承和驅(qū)動端軸頸

圖8 非驅(qū)動端軸承和非驅(qū)動端軸頸

3．3發(fā)電機(jī)軸承故障分析結(jié)果

判斷為重復(fù)性的短期斷油運(yùn)行導(dǎo)致的損壞，分析造成平臺上的軸瓦損壞這種狀況可能原因有以下兩方面因素：

第一，發(fā)電機(jī)因軸承油泵失電而導(dǎo)致的“經(jīng)常性”主機(jī)停車后期因油膜較少而導(dǎo)致可能的短時轉(zhuǎn)動，海上油田為孤島電網(wǎng)，油田因突發(fā)故障造成“黑船”現(xiàn)象，該機(jī)組正常供電時應(yīng)急配電屏突然失電，發(fā)電機(jī)因慣性運(yùn)轉(zhuǎn)而軸承沒有“后潤滑”；

第二，平臺上或工廠建造期間可能未啟動軸承滑油泵而進(jìn)行的手動沖車，發(fā)電機(jī)軸承因未啟動潤滑油泵無法建立油膜發(fā)生干摩擦現(xiàn)象。

3.4 對原油機(jī)組原動機(jī)滑油溫度高的分析

目前B原油機(jī)組的冷卻介質(zhì)已更換為防凍液、C機(jī)組的冷卻介質(zhì)為水。在近期B機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)中，發(fā)現(xiàn)B機(jī)組的滑油溫度與C機(jī)組同功率的情況下相比，溫度約高10℃左右。如功率同為400KW時，C機(jī)滑油溫度約為52℃、B機(jī)約為61℃，功率同為620KW左右時，C機(jī)滑油溫度約為 54℃、B機(jī)約為 64℃,B機(jī)功率1100KW時，滑油溫度為68.2℃。建議最佳使用溫度為60℃-65℃。目前B機(jī)大負(fù)荷時已超過廠家建議的最佳使用溫度,對于此問題，我們經(jīng)過初步的檢查確認(rèn)（檢查相關(guān)閥門狀態(tài)、及與B機(jī)相關(guān)參數(shù)對比），沒有發(fā)現(xiàn)問題（機(jī)組滑油由低溫水進(jìn)行冷卻，目前兩臺機(jī)組的低溫水溫度相同，約為34℃）。查詢C機(jī)組的運(yùn)行記錄,發(fā)現(xiàn)更換防凍液之前滑油溫度正常。更換防凍液后機(jī)組在1100kW運(yùn)行時柴油機(jī)各運(yùn)行參數(shù)除滑油溫度偏高外其他參數(shù)正常,懷疑此問題是由于兩臺機(jī)組的冷卻介質(zhì)不同，其換熱率有所差異，造成冷卻效果不同所致。正常工況下C機(jī)組的功率暫時不會超過700KW，滑油運(yùn)行溫度暫不會超過65℃。

現(xiàn)有如下建議：

第一,根據(jù)平臺的現(xiàn)在的工況,在常用工況下主機(jī)滑油溫度在60-65℃之間,處于合理的工況,建議現(xiàn)暫時使用該防凍液,等到條件合適時更換防凍液后再觀察滑油溫度情況,如更換冷卻水后滑油溫度依然偏高,馬上會派人上平臺解決問題；

第二，根據(jù)設(shè)備廠家的說明書,機(jī)組滑油溫度的報(bào)警值為70℃,設(shè)備關(guān)斷值為75℃.機(jī)組在短時間內(nèi)(5-6個小時/24小時)運(yùn)行溫度70℃以內(nèi)是可以的。

4 原油電站機(jī)組操作和設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

4.1 原油電站機(jī)組操作程序優(yōu)化

為避免重復(fù)性的事故，平臺對原油機(jī)組的操作要嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行規(guī)范操作，禁止未啟動發(fā)電機(jī)軸承潤滑油泵而對機(jī)組進(jìn)行啟動操作：

（1）發(fā)電機(jī)軸承滑油泵采取應(yīng)急電源供電 ，或類似UPS電源供電以避免油泵失電；

（2）禁止手動沖車，以免由于軸承油泵未開啟而導(dǎo)致電機(jī)斷油干摩擦運(yùn)行機(jī)組。

4.2 原油發(fā)電機(jī)組軸承潤滑方式設(shè)計(jì)優(yōu)化

因平臺現(xiàn)有UPS無法提供三相220V交流電源，為消除設(shè)備使用隱患保證原油機(jī)組的正常安全運(yùn)行。從設(shè)計(jì)上準(zhǔn)備給發(fā)電機(jī)軸承提供應(yīng)急潤滑油的供給，目的是在發(fā)電機(jī)運(yùn)行期間，當(dāng)潤滑油電動滑油泵因突然失電而導(dǎo)致泵停運(yùn)時，原油電站主機(jī)應(yīng)急停車至完全停車期間對發(fā)電機(jī)兩端軸承提供短時間供油潤滑而防止發(fā)生干摩擦現(xiàn)象。

設(shè)計(jì)為每一個軸承增加一只氣動滑油泵，相關(guān)的部件將集成組裝到一個小的單元上，并做好互鎖功能，氣動滑油泵主要是能夠在平臺失電時能夠自動啟動運(yùn)行給發(fā)電機(jī)軸承供油，在平臺恢復(fù)供電時，能夠恢復(fù)到備用狀態(tài)。

具體詳見下面的圖紙：（利用主機(jī)啟動空氣供給30bar的氣源，泵運(yùn)行時要求保證供氣流量最小約為8 m3/h，主機(jī)的啟動空壓機(jī)壓力是30bar,排氣量18m3/h,能夠滿足新增加的氣動滑油泵的供氣需求。集成單元的外觀顏色與現(xiàn)有主機(jī)的外觀顏色一致。）

圖9 發(fā)電機(jī)驅(qū)動端軸承氣動滑油泵設(shè)計(jì)圖紙

圖10 發(fā)電機(jī)非驅(qū)動端軸承氣動滑油泵設(shè)計(jì)圖紙

結(jié)語

從現(xiàn)場對機(jī)組的規(guī)范操作和設(shè)計(jì)優(yōu)化，將徹底消除設(shè)備使用隱患，保證原油機(jī)組的正常安全運(yùn)行。避免任何失電情況下導(dǎo)致應(yīng)急配電屏無法提供給發(fā)電機(jī)組軸承潤滑，當(dāng)潤滑油電動滑油泵因突然失電而導(dǎo)致泵停運(yùn)時，原油電站主機(jī)應(yīng)急停車至完全停車期間發(fā)電機(jī)兩端軸承無潤滑油供給而發(fā)生干摩擦現(xiàn)象，從本質(zhì)安全上保證發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行期間。

[1]海洋石油工程設(shè)計(jì)指南第三冊；

[2]鋼質(zhì)海船入級規(guī)范第四分冊 中國船級社 2009人民交通出版社。