海上油田熱介質(zhì)循環(huán)泵機封冷卻系統(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)為導熱油，溫度在210℃左右，在泵組運轉(zhuǎn)過程中介質(zhì)的高溫會傳導給機械密封。泵組配備的機封冷卻系統(tǒng)是靠機封動環(huán)自身的旋轉(zhuǎn)提供循環(huán)動力。由于機封所能提供的循環(huán)動力較小，經(jīng)常造成冷卻油不循環(huán)從而導致機封溫度高，給泵組的運轉(zhuǎn)帶來較大的安全隱患，同時也大大降低了機封的使用壽命，增加了泵組的維修成本。本文通過對冷卻系統(tǒng)的工藝改造，改善了冷卻油的循環(huán)動力，提高了冷卻系統(tǒng)冷卻效果，延長了機封壽命，降低了泵組運轉(zhuǎn)風險和維修成本，達到了提質(zhì)增效的效果。

關鍵詞：熱介質(zhì)循環(huán)泵;機械密封;冷卻系統(tǒng);工藝改造;運轉(zhuǎn)風險;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，承擔著導熱油的輸送的重任。導熱油的溫度為210℃左右，通過泵腔時直接與機械密封（以下簡稱機封）接觸，高溫也由此直接傳導給機封，而機封的適宜工作溫度在90℃左右，一旦超過100℃將會有較大的運轉(zhuǎn)安全隱患，并且會大大降低機封的使用壽命，因此泵組本身設計了一套機封冷卻系統(tǒng)，但這套冷卻系統(tǒng)的動力卻是由機封動環(huán)的本身旋轉(zhuǎn)來提供。由于動環(huán)本身的結構限制了其能提供的動力，而且對泵的裝配、零部件及冷卻油要求較高，只要稍有變化即會影響冷卻油的循環(huán)，常常在泵的運轉(zhuǎn)過程中冷卻油循環(huán)系統(tǒng)就不工作，如果未能及時發(fā)現(xiàn)就可能導致機封處溫度持續(xù)升高從而帶來安全隱患。這種現(xiàn)象也致使機封失效頻率增高，增加了泵組的維修成本。

本文從造成冷卻油不循環(huán)的原因進行分析，通過對冷卻系統(tǒng)的工藝改造，增加外部動力，從而改善了冷卻油的循環(huán)動力，提高了冷卻系統(tǒng)冷卻效果，延長了機封壽命，降低了泵組運轉(zhuǎn)風險和維修成本。

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、副機封動環(huán)、循環(huán)管線組成。由圖1.圖2中可知副機封動環(huán)與靜環(huán)座形成類似于單螺桿泵的結構，當泵組運轉(zhuǎn)時帶動副機封動環(huán)旋轉(zhuǎn)，將冷卻油由進口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)過機封時帶走熱量，以達到冷卻的效果。

（二）冷卻油不循環(huán)原因分析

1.冷卻盤管穿孔導致冷卻油乳化變質(zhì)

現(xiàn)場維修發(fā)現(xiàn)在冷卻油有乳化現(xiàn)象時整個冷卻系統(tǒng)處于不循環(huán)狀態(tài)，主要是因為油進水乳化后密度改變了，導致副機封動環(huán)無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，而在系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的過程中難免形成雜質(zhì)，雜質(zhì)會減弱系統(tǒng)的循環(huán)能力，當冷卻油循環(huán)力度較弱時雜質(zhì)會慢慢沉淀下來導致底部管線的堵塞，從而使冷卻系統(tǒng)停止工作。

3.副機封動環(huán)提供動力不足

從以上兩點原因中可以看出，泵組所設計的由副機封動環(huán)來提供的動力實際上是很有限的，而且對泵的裝配、零部件及冷卻油都很敏感，當副機封動環(huán)與靜環(huán)座所形成的腔體間隙有稍微增大時其所提供的動力就會被腔體的內(nèi)漏所消耗，根本無法讓冷卻油循環(huán)起來。

泵在實際運轉(zhuǎn)過程中各零部件的損耗是無法避免的，如果一直通過更換零部件來達到冷卻油的循環(huán)條件成本就會變得非常高，因此通過對冷卻系統(tǒng)自身的改造來達到循環(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動力，整個冷卻系統(tǒng)就能循環(huán)運轉(zhuǎn)起來。而在回路中能提供動力最好的方式就是增加一臺循環(huán)泵。

（二）循環(huán)泵選型

根據(jù)現(xiàn)場制約因素的分析，現(xiàn)場能量源有兩種形式，一為電源，二為氣源，如果使用電動循環(huán)泵，那么就需要選擇具有防爆性能的電機，這樣就會增加改造成本。如果使用氣動循環(huán)泵，則需要考慮泵的用氣量對現(xiàn)場的影響。因為泵組冷卻系統(tǒng)本身能靠副機封動環(huán)提供部分動力，因此對新增的循環(huán)泵所提供的動力要求是較小的，只需要選擇一個微型的泵即可。經(jīng)過查詢微型氣動泵的用氣量較小，不會給現(xiàn)場帶來影響。再考慮到微型氣動泵尺寸小，其流量可根據(jù)實際情況調(diào)定，出口壓力較小不會對泵組產(chǎn)生沖擊，市面價格也比較便宜就在幾百元左右，后期維護也比較簡單。最后決定在冷卻系統(tǒng)中增加一臺微型氣動泵來提供循環(huán)動力。

（三）改造內(nèi)容

1.冷卻盤管改造

針對冷卻盤管穿孔漏水現(xiàn)象，通過采用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，也能增強盤管對海水的耐腐蝕性。

2.氣動泵流程改造

在油箱出口至機封冷卻油進口管線段上增加一臺微型氣動泵，從而實現(xiàn)對冷油的加速循環(huán)。經(jīng)過現(xiàn)場實測，機封處溫度能夠很好地保持在85-90℃范圍內(nèi)，效果明顯。

四、結論

通過對泵組機封冷卻系統(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)過穿孔漏海水的現(xiàn)象，防止了海水進入冷卻油而造成的乳化現(xiàn)象，也防止了海水進入泵內(nèi)對泵造成腐蝕。

（2）增加了微型氣動循環(huán)泵后，在泵組運轉(zhuǎn)過程中冷卻油對泵無沖擊現(xiàn)象，沒有影響泵組的正常運轉(zhuǎn)，機封處的冷卻效果較好基本上保持在85-90℃范圍內(nèi)。

（3）降低了泵組機封的故障率，在改造完成后還未發(fā)生過機封處的故障。每臺泵的改造成本為1500元左右，能夠節(jié)省維修費用約20萬元左右，達到了提質(zhì)增效的目的。

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