海洋油氣平臺齒輪泵故障淺析

郭明樂，熊小林

（中海石油（中國）有限公司海南分公司，海南 海口 570100）

1 應用背景

三甘醇，化學式為C6H14O4，分子量為150.17，是一種化學物質，具有極佳的吸濕性，因此，在海洋油氣處理平臺上，通常將其作為干燥劑來使用，以此降低天然氣中的含水量，從而滿足現場的使用要求。

本文中的海洋油氣處理設置配備1套三甘醇再生裝置，所謂再生，就是將吸收完天然氣中水分的三甘醇進行加熱，根據水與三甘醇沸點不同的原理，將其進行分離，從而得到可重復利用的三甘醇溶液，以此降低生產成本。

其工藝流程為：經三甘醇脫水塔底部排出的富三甘醇溶液首先進入三甘醇回流冷凝器中，以回收三甘醇重沸器頂部蒸氣冷凝釋放的能量，隨后，經過三甘醇預熱換熱器預熱至80℃后，進入三甘醇閃蒸罐中，通過閃蒸將閃蒸氣排放到低壓火炬放空管匯，富三甘醇溶液則依次進入三甘醇顆粒過濾器、三甘醇活性炭過濾器，以除去固體顆粒和雜質。過濾后的富三甘醇溶液流經貧/富三甘醇換熱器與來自三甘醇重沸器的貧液換熱升溫后，進入三甘醇精餾柱內進行蒸餾再生，再生好的貧三甘醇溶液匯集在三甘醇再生器內。由精餾柱頂部排出的蒸氣將排放至塔頂放空分液罐內，以便在進入低壓放空管匯前聚集壓力，同時除去液烴。

來自燃料氣系統的低壓干氣將作為汽提氣進入三甘醇汽提柱內加熱升溫，幫助貧三甘醇溶液提濃。濃度達到要求的貧三甘醇溶液自緩沖罐內流出后，在三甘醇換熱器內兩級換熱降溫后進入緩沖罐，經三甘醇循環泵增壓輸送，返回三甘醇脫水塔內。該循環流程中出現問題的三甘醇循環泵的類型即齒輪泵。

2 齒輪泵簡介

齒輪泵結構簡單、價格便宜，在油氣生產設施中廣泛使用，所謂的齒輪泵，是依靠泵缸與嚙合齒輪間所形成的工作容積變化和移動來輸送液體或使之增壓的回轉泵，由兩個齒輪、泵體與前后蓋組成2個封閉空間，當齒輪轉動時，齒輪脫開側的空間的體積從小變大，形成真空，將液體吸入，齒輪嚙合側的空間的體積從大變小，而將液體擠入管路中去。

3 三甘醇循環泵的故障總結

三甘醇再生系統中工配備3臺三甘醇循環泵，設計要求是2用1備，但是在調試過程的半個月內，共啟機測試8次，運行過程中泵振動一直很低，但是出現高溫、噪音等故障現象。

在此期間3臺泵共解體維修7次，其中A泵維修2次，B泵維修3次，C泵維修2次。故障現象主要表現為骨架密封泄漏、滑動軸承及軸頸磨損、泵體高溫、齒輪副磨損，并在更換完A泵齒輪副后在運行當晚出現了主動齒輪軸斷裂的極端情況。維修記錄匯總情況如表1所示。

表1 三甘醇循環泵維修記錄匯總

（1）循環泵A泵。三甘醇循環泵A泵主要出現故障有潤滑油乳化、滑動軸承磨損、齒輪副磨損、骨架密封泄漏和斷軸等故障。

第一次故障：在初次啟動A泵過程中，泵體振動正常，流量正常，溫度正常，泵運轉12h后，泵齒輪箱有滑油流出，檢查發現泵內潤滑油已乳化物，于是停機拆檢，發現轉子軸有輕微磨損，主動齒輪滑動軸承套良好，從動齒輪軸套有磨損（如圖1所示），維修更換從動齒輪軸新軸套，齒輪副，骨架密封。

圖1 A泵備件磨損情況

通過分析，判斷為有雜質進入泵體內部，導致配合面的損壞，因此拆檢泵進口過濾器，濾器內有油漆、鐵銹等雜質，并發現安裝濾器目數明顯不滿足要求的230目，同時過濾器已經擠壓變形。此時判斷A泵故障原因為三甘醇系統內部有雜質，導致齒輪以及軸套磨損，同時導致骨架密封磨損，三甘醇進入花鏈連軸器內導致潤滑油乳化。

更換進口濾器，更換損壞零部件后再次運轉，測試時各項指標均正常。但在運行48h后，泵出口突然沒有流量和壓力，但系統顯示泵還在運轉。于是停機檢查，發現泵主動齒輪驅動端軸在齒輪連接位置處斷裂，斷裂面整齊，初步判定此處為應力集中和備件質量缺陷導致，同時也發現泵滑動軸套和齒輪磨損等現象，再次進行維修和更換后，該泵運行狀態良好。

（2）循環泵B泵。在B泵的使用過程中，依然出現了很多故障現象，泵第一次故障為電機電流過載報警，拆卸檢測發現內部齒輪磨損嚴重，滑動軸承全部燒毀，齒輪在軸套位置的軸磨損嚴重，因此對其內部零部件進行全部更換，主要包括齒輪，軸套，軸承，骨架密封等。然后啟動測試，20min泵體溫度高于85℃，并有不斷升高的趨勢，電流過大，最高70A。

二次拆檢過程中，檢測內部軸套磨損，齒輪軸套位置的軸有高溫拉毛情況，高溫導致八字隔板密封橡膠墊燒毀。

泵體中段內腔吸入口有磨損，有嚴重的凹槽痕，對泵體中段進行修復并更換整套內部零部件，泵維修后，按照廠家指導程序啟動，逐步升壓至吸收塔背壓94kg，運行1h時泵體振動正常，溫度正常，電流62A左右，但流量偏小，5.5m3/h，隨后從電機與泵花鍵齒輪箱有潤滑油持續流出，對泵進行第三次拆檢，發現泵的骨架密封出現損壞，從而出現泄漏。

（3）循環泵C泵。循環泵C泵的兩次故障現象為電流過大和內部有噪音。在系統調試過程中，C泵在啟動現場測試并升壓過程中電流逐步攀升，泵出口壓力80kg時電流就上升至70A以上，于是停機進行檢修，發現問題與B泵類似，內部轉子磨損嚴重，因此對其內部零部件進行全部更換，主要包括齒輪，軸套，軸承，骨架密封等，再次啟機運行，啟動背壓9kg左右，逐步升壓至吸收塔背壓94kg，運行1h振動正常，泵體溫度正常，電流63A左右，流量偏小，5.5m3/h，但電機與泵花鍵齒輪箱有潤滑油持續流出，于是再次停機檢修，故障原因為雜質進入系統。

4 故障原因分析

現場針對三臺循環泵反復出現過載、高溫、油封泄漏的故障現象進行了原因分析，除去設備本身質量為題，最大的故障原因即為介質中進入雜質，從而進入泵體造成泵磨損。因為齒輪泵中的齒輪嚙合精度較高，因此對介質的清潔度有著很高的要求，但是在設備調試過程中，介質中不可避免會出現雜質等污染物，為有效解決該問題，本文提供兩種解決思路，一是增加進口濾網的精度，提高過濾能力，但是會增加現場維修人員的工作量，同時依然存在安全隱患；第二種方案為在調試階段，用離心泵等對介質清潔度要求不高的泵進行替換，待系統滿足使用要求后，再更換成使用效果更好的齒輪泵，因為離心泵價格低廉，以此來避免齒輪泵的損壞風險，也是一種解決思路。