有效降低臥式多級離心泵軸承溫度的方法

侯玉杰，馬 亮

（中海石油（中國）有限公司天津分公司渤南作業公司，天津 300459）

0 引言

海上石油平臺具有原油的開采、處理、外輸能力，由于其在上下游生產流程中的作用及所處位置，只具備原油初級脫水能力，使得原油含水量不超過15%。生產分離器是分離油氣水的重要裝置，經過其處理過的原油進入原油緩沖罐穩定、緩存之后，由原油外輸泵外輸至下游平臺進行進一步處理。平臺投產初期每日的原油外輸量可達到3500 m3/d，需要兩臺原油外輸泵同時運行才能滿足現場的生產需求。

多級離心泵作為使用頻率較高的一種泵型，臥式離心泵廣泛應用于石油化工領域，具有效率、流量、揚程及出口壓力高、結構合理、成本低、壽命長等優點，適用于輸送水、化學介質及其他液體，在海洋石油平臺的日常生產中同樣發揮著關鍵作用。由于海上平臺所處位置的特殊性，使得離心泵的安裝橇塊及位置有所限制，這會影響設備的運行狀態。

某平臺原油外輸泵采用臥式多級離心泵，由于原油外輸泵的原始設計為非驅動端軸承散熱方式，只是單純地依靠軸承室翅片自然散熱，再加上夏天海上環境溫度高及外輸泵所處位置閉塞、不通風，空氣流動不能及時將設備運轉時產生的熱量帶走，致使設備運轉時非驅動端溫度達到高溫報警值，嚴重影響原油的正常外輸，不僅增加了設備的檢修頻率，還縮短了設備的使用壽命。因此，亟需通過全面的原因分析和技術優化方案，來保證原油的正常外輸。

1 故障原因分析

根據原油外輸泵非驅動端軸承頻繁高溫報警、關停故障時，大膽開闊思路，跳出常規思維——即簡單的認為是由于運行環境問題。

通過認真研判、分析設備各季節溫度變化的區別，可能對設備穩定運行所帶來的影響，分析出該泵非驅動端頻繁高溫報警、關停的主要原因有：①泵非驅動端的原始設計是單純依靠軸承室外部散熱片進行自然散熱；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廠家建議加裝的潤滑油黏度較高，流動性不好。

針對以上分析，制定可以解決問題的方法：

（1）將原始黏度較高的15W-40 潤滑油更換為黏度較低、流動性較好的多寶T32 潤滑油。

（2）對非驅動端軸承室進行改造，添加軸承冷卻風扇進行強制通風。

2 制定技術方案

2.1 技術方案的制定及綜合分析

在確定非驅動端軸承頻繁高溫原因后，為了保證原油的正常、平穩外輸，保障設備的完整性，進行全面的科技創新、技術攻關，從以下4 個方面由簡入繁，進行分析、對比。

2.1.1 更換軸承室潤滑油種類

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、流動性稍差、散熱性較差，長時間的高溫情況下使用容易變黑、結碳，適用于轉速較低、配合間隙的設備潤滑使用。通過分析對比，多寶T32 潤滑油的理化特性具有黏度較低、流動性較好、性質穩定、散熱性較好、高溫下長時間使用不易變性等特性。經過綜合分析評估、對比決定將原始滑油更換為多寶T32 潤滑油，更換完畢試運行最高溫度由原始的75 ℃降至70 ℃，雖然運轉溫度有所下降，但是仍然無法滿足設備正常狀態運轉的要求。

2.1.2 添加軸流風機強制促進空氣流動

外輸泵安裝位置處于平臺下甲板，由于周圍環境閉塞、不通風，且設備、管線密布，設備環境溫度高于周圍環境溫度。為了加快周圍的空氣流動，可以在外輸泵頂部空間添加軸流式葉片風機，對設備周圍環境進行強制通風，降低局部溫度，營造設備所處適宜的溫度環境。經過現場勘察及分析對比發現，現場可利用空間受限，項目實施存在一定困難且實施費用高昂，實用性不高。

2.1.3 臨時增設軸流式風機對非驅動端軸承室進行吹掃降溫

通過引出額外電源安裝外掛式軸流風機對軸承室進行吹掃降溫，使軸承溫度由75 ℃降低至60 ℃，基本上可以滿足現場設備正常運行的要求。但是外掛式軸流風機始終只是臨時措施，不是長久之計，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 在原油外輸泵非驅動端添加軸承冷卻風扇

對非驅動端軸承室進行強制吹掃散熱，使添加的冷卻風扇與外輸泵成為一個整體，通過轉子的轉動來帶動冷卻風扇轉動，對軸承室散熱翅片進行吹掃，強制增加空氣對流將軸承室溫度帶走從而提高軸承在運轉過程中的散熱速度，降低軸承的運轉溫度，使其處于合適的運轉環境。

2.2 最優技術解決方案選擇

經過分析對比結合現場實際情況及運轉要求，對設想方案進行充分分析、對比、評估，決定采用在原油外輸泵非驅動端添加軸承冷卻風扇這一方案，在原有的單純依靠軸承室散熱翅片自然散熱的基礎上，通過加裝冷卻風扇對整個軸承室實現強制吹掃散熱，加大散熱力度，保證設備的正常運行。

3 技術方案的實施

原油外輸泵非驅動端添加軸承冷卻風扇方案的實施，需要根據現場實際情況在非驅動端泵軸的端部安裝短節，通過對泵軸端面中心進行打孔、攻絲并配置合適的一端帶有可旋轉螺紋的短節與泵軸端面通過旋合方式相連，并保證短節的旋合緊固方向與外輸泵運轉方向相反。主要實施步驟及采取的技術措施如下。

3.1 泵軸端面鉆孔、攻絲安裝泵軸短節

泵軸端面鉆孔、攻絲是該項目的關鍵步驟之一，需要注意以下4 項事宜：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的旋合要求；④螺紋的旋轉方向要滿足現場的實際工況。

為了滿足加工過程中的技術要求保障設備的正常運行，特制定了如下技術措施：

（1）制作打孔中心定位器通過軸承緊固鎖母的螺紋進行旋合，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。

（2）制作打孔專用進給工具固定在設備上，通過調整鉆頭的進給量平穩、均勻輸出，使得孔洞的中心線與泵軸的中心線重合。

（3）根據孔洞需要承受旋轉載荷及旋合短節尺寸對泵軸加工孔洞進行綜合測算保證孔洞規格能夠滿足設備正常運行，經測算及綜合分析需要打孔的直徑為Φ18 mm，孔洞深度為30 mm。

（4）為了保證短節的旋合方向與轉子的旋合方向相反，使得在旋轉過程中避免出現短節松動的現象，需要對孔洞加工反方向旋合的螺紋（圖1）。

圖1 泵軸短節

3.2 選擇添潤滑油軸端密封裝置

為了滿足軸承室外側壓蓋與泵軸間隙的密封要求及避免潤滑油泄漏，確保短節的安裝要求，需要在軸承室的外側壓蓋中心部位參照短節的直徑進行開孔處理，外側壓蓋孔洞與短節之間的縫隙需要選擇安裝尺寸合適的潤滑油軸端密封裝置進行密封（圖2）：軸承室外側壓蓋開孔之前需要對油封進行選型，保證油封與壓蓋內孔洞及短節外徑都有合適的配合；壓蓋開孔需要對中心點進行充分定位，避免安裝之后出現間隙不均勻導致的“掃膛”現象。

圖2 潤滑油軸端密封裝置

3.3 選擇合適的冷卻風扇

冷卻風扇是給軸承降溫的重要零部件，選型十分關鍵，要求既能滿足現場散熱溫降的要求，又要保證旋轉過程中的強度，需要在風扇的材料、葉片數量、厚度及平衡方面綜合考慮。經過現場實際工況要求，選擇冷卻風扇類型為高密度塑料材料，葉片數量5 片、厚度4 mm；采用過渡配合的方式安裝至短節的端部，短節端部的外表面和風扇安裝內孔表面采用凹凸鍵槽方式進行防打滑安裝，冷卻風扇的外側采用卡簧鉗進行固定。

3.4 安裝旋轉保護裝置

為了保障設備運轉的安全性需要給冷卻風扇外側添加防護罩，為了保證防護罩的正常安裝，需要在軸承室外側壓蓋焊接伸出3 個互成120°的防護罩固定底座，用螺栓將防護罩與底座進行固定，防止旋轉部位意外傷人事故。

此原油外輸泵非驅動端添加軸承冷卻風扇項目的實施無需額外為冷卻風扇增加動力，依靠泵軸的轉動來帶動冷卻風扇的快速旋轉，產生氣流將潤滑油箱的熱量吹走，達到冷卻的效果。項目改造至今，設備一直處于平穩運行狀態，運行溫度由原來的夏季最高75 ℃降低至46 ℃，既保障運行安全也為軸承的有效潤滑提供了適宜溫度，大大減少軸承檢修頻率，延長設備使用壽命。

4 實施成效

本次原油外輸泵非驅動端添加軸承冷卻風扇項目，自改造至今一直處于平穩運行狀態，非驅動端軸承室溫度大幅降低，運行參數穩定，保障了平臺原油系統穩定運行，經濟效益明顯。該項創新改造不僅大大節省了備件、人力、物料等，還在保證原油平穩外輸及設備完整性方面貢獻巨大，可以有效避免外輸泵因高溫關停致使整個油田關斷這一潛在風險，避免經濟損失的嚴重后果。同時，相關技術人員今后還需要學習和采納的該項目的思維模式及處理方法。這一自主創新改造項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。