海上油田熱介質(zhì)循環(huán)泵機(jī)封冷卻系統(tǒng)改造

李治　曹貴

摘要：某海上油田熱介質(zhì)循環(huán)泵所輸送的介質(zhì)為導(dǎo)熱油，溫度在210℃左右，在泵組運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中介質(zhì)的高溫會(huì)傳導(dǎo)給機(jī)械密封。泵組配備的機(jī)封冷卻系統(tǒng)是靠機(jī)封動(dòng)環(huán)自身的旋轉(zhuǎn)提供循環(huán)動(dòng)力。由于機(jī)封所能提供的循環(huán)動(dòng)力較小，經(jīng)常造成冷卻油不循環(huán)從而導(dǎo)致機(jī)封溫度高，給泵組的運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)較大的安全隱患，同時(shí)也大大降低了機(jī)封的使用壽命，增加了泵組的維修成本。本文通過(guò)對(duì)冷卻系統(tǒng)的工藝改造，改善了冷卻油的循環(huán)動(dòng)力，提高了冷卻系統(tǒng)冷卻效果，延長(zhǎng)了機(jī)封壽命，降低了泵組運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)險(xiǎn)和維修成本，達(dá)到了提質(zhì)增效的效果。

關(guān)鍵詞：熱介質(zhì)循環(huán)泵;機(jī)械密封;冷卻系統(tǒng);工藝改造;運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)險(xiǎn);維修成本

一、概述

某海上油田熱介質(zhì)循環(huán)泵作為熱介質(zhì)系統(tǒng)的心臟，承擔(dān)著導(dǎo)熱油的輸送的重任。導(dǎo)熱油的溫度為210℃左右，通過(guò)泵腔時(shí)直接與機(jī)械密封（以下簡(jiǎn)稱機(jī)封）接觸，高溫也由此直接傳導(dǎo)給機(jī)封，而機(jī)封的適宜工作溫度在90℃左右，一旦超過(guò)100℃將會(huì)有較大的運(yùn)轉(zhuǎn)安全隱患，并且會(huì)大大降低機(jī)封的使用壽命，因此泵組本身設(shè)計(jì)了一套機(jī)封冷卻系統(tǒng)，但這套冷卻系統(tǒng)的動(dòng)力卻是由機(jī)封動(dòng)環(huán)的本身旋轉(zhuǎn)來(lái)提供。由于動(dòng)環(huán)本身的結(jié)構(gòu)限制了其能提供的動(dòng)力，而且對(duì)泵的裝配、零部件及冷卻油要求較高，只要稍有變化即會(huì)影響冷卻油的循環(huán)，常常在泵的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中冷卻油循環(huán)系統(tǒng)就不工作，如果未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)就可能導(dǎo)致機(jī)封處溫度持續(xù)升高從而帶來(lái)安全隱患。這種現(xiàn)象也致使機(jī)封失效頻率增高，增加了泵組的維修成本。

本文從造成冷卻油不循環(huán)的原因進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)冷卻系統(tǒng)的工藝改造，增加外部動(dòng)力，從而改善了冷卻油的循環(huán)動(dòng)力，提高了冷卻系統(tǒng)冷卻效果，延長(zhǎng)了機(jī)封壽命，降低了泵組運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)險(xiǎn)和維修成本。

二、冷卻油不循環(huán)原因分析

（一）冷卻系統(tǒng)工作原理

本套系統(tǒng)由冷卻油箱、海水冷卻盤管、副機(jī)封動(dòng)環(huán)、循環(huán)管線組成。由圖1.圖2中可知副機(jī)封動(dòng)環(huán)與靜環(huán)座形成類似于單螺桿泵的結(jié)構(gòu)，當(dāng)泵組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)副機(jī)封動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)，將冷卻油由進(jìn)口B11泵至出口BO1，冷卻油經(jīng)循環(huán)管線回到油箱，并在油箱中冷卻后再參與循環(huán)，在冷卻油經(jīng)過(guò)機(jī)封時(shí)帶走熱量，以達(dá)到冷卻的效果。

（二）冷卻油不循環(huán)原因分析

1.冷卻盤管穿孔導(dǎo)致冷卻油乳化變質(zhì)

現(xiàn)場(chǎng)維修發(fā)現(xiàn)在冷卻油有乳化現(xiàn)象時(shí)整個(gè)冷卻系統(tǒng)處于不循環(huán)狀態(tài)，主要是因?yàn)橛瓦M(jìn)水乳化后密度改變了，導(dǎo)致副機(jī)封動(dòng)環(huán)無(wú)法將乳化后的冷卻油泵起。

2.油路堵塞

冷卻系統(tǒng)回路由幾段儀表管組成，其管徑較細(xì)，而在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中難免形成雜質(zhì)，雜質(zhì)會(huì)減弱系統(tǒng)的循環(huán)能力，當(dāng)冷卻油循環(huán)力度較弱時(shí)雜質(zhì)會(huì)慢慢沉淀下來(lái)導(dǎo)致底部管線的堵塞，從而使冷卻系統(tǒng)停止工作。

3.副機(jī)封動(dòng)環(huán)提供動(dòng)力不足

從以上兩點(diǎn)原因中可以看出，泵組所設(shè)計(jì)的由副機(jī)封動(dòng)環(huán)來(lái)提供的動(dòng)力實(shí)際上是很有限的，而且對(duì)泵的裝配、零部件及冷卻油都很敏感，當(dāng)副機(jī)封動(dòng)環(huán)與靜環(huán)座所形成的腔體間隙有稍微增大時(shí)其所提供的動(dòng)力就會(huì)被腔體的內(nèi)漏所消耗，根本無(wú)法讓冷卻油循環(huán)起來(lái)。

泵在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中各零部件的損耗是無(wú)法避免的，如果一直通過(guò)更換零部件來(lái)達(dá)到冷卻油的循環(huán)條件成本就會(huì)變得非常高，因此通過(guò)對(duì)冷卻系統(tǒng)自身的改造來(lái)達(dá)到循環(huán)效果意義重大。

三、改造方案

（一）改造思路

本文分析了泵組機(jī)封冷卻系統(tǒng)不循環(huán)的原因后，改造的方向及思路就明確了，只要能給冷卻油提供一個(gè)動(dòng)力，整個(gè)冷卻系統(tǒng)就能循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)。而在回路中能提供動(dòng)力最好的方式就是增加一臺(tái)循環(huán)泵。

（二）循環(huán)泵選型

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)制約因素的分析，現(xiàn)場(chǎng)能量源有兩種形式，一為電源，二為氣源，如果使用電動(dòng)循環(huán)泵，那么就需要選擇具有防爆性能的電機(jī)，這樣就會(huì)增加改造成本。如果使用氣動(dòng)循環(huán)泵，則需要考慮泵的用氣量對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的影響。因?yàn)楸媒M冷卻系統(tǒng)本身能靠副機(jī)封動(dòng)環(huán)提供部分動(dòng)力，因此對(duì)新增的循環(huán)泵所提供的動(dòng)力要求是較小的，只需要選擇一個(gè)微型的泵即可。經(jīng)過(guò)查詢微型氣動(dòng)泵的用氣量較小，不會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)帶來(lái)影響。再考慮到微型氣動(dòng)泵尺寸小，其流量可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)定，出口壓力較小不會(huì)對(duì)泵組產(chǎn)生沖擊，市面價(jià)格也比較便宜就在幾百元左右，后期維護(hù)也比較簡(jiǎn)單。最后決定在冷卻系統(tǒng)中增加一臺(tái)微型氣動(dòng)泵來(lái)提供循環(huán)動(dòng)力。

（三）改造內(nèi)容

1.冷卻盤管改造

針對(duì)冷卻盤管穿孔漏水現(xiàn)象，通過(guò)采用3/8英寸的儀表管將原有的銅盤管替換掉，這樣既能滿足盤管的冷卻效果，也能增強(qiáng)盤管對(duì)海水的耐腐蝕性。

2.氣動(dòng)泵流程改造

在油箱出口至機(jī)封冷卻油進(jìn)口管線段上增加一臺(tái)微型氣動(dòng)泵，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)冷油的加速循環(huán)。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，機(jī)封處溫度能夠很好地保持在85-90℃范圍內(nèi)，效果明顯。

四、結(jié)論

通過(guò)對(duì)泵組機(jī)封冷卻系統(tǒng)采用上述的改造后取得了以下效果：

（1）更換了冷卻盤管材質(zhì)后盤管未出現(xiàn)過(guò)穿孔漏海水的現(xiàn)象，防止了海水進(jìn)入冷卻油而造成的乳化現(xiàn)象，也防止了海水進(jìn)入泵內(nèi)對(duì)泵造成腐蝕。

（2）增加了微型氣動(dòng)循環(huán)泵后，在泵組運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中冷卻油對(duì)泵無(wú)沖擊現(xiàn)象，沒(méi)有影響泵組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)封處的冷卻效果較好基本上保持在85-90℃范圍內(nèi)。

（3）降低了泵組機(jī)封的故障率，在改造完成后還未發(fā)生過(guò)機(jī)封處的故障。每臺(tái)泵的改造成本為1500元左右，能夠節(jié)省維修費(fèi)用約20萬(wàn)元左右，達(dá)到了提質(zhì)增效的目的。

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