海洋平台高压柱塞泵维修案列分析

2020-07-25胡卫勇

工程技术与管理 2020年6期

关键词：注水泵柱塞泵柱塞

胡卫勇

中海石油（中国）有限公司湛江分公司，中国·广东湛江 524057

海洋平台高压注水泵多次出现故障，导致平台注水量不足，论文对柱塞泵进行失效原因分析，并提出解决方案及措施，以期能帮助海洋平台恢复平台注水。

海洋平台；柱塞泵；高压；注水；故障分析

1 概述

某海洋平台注水设备为五柱塞往复式注水泵，自2018年5月调试阶段开始，陆续出现振动高、柱塞填料泄露、润滑油过滤器压瘪及储能器气囊损坏等问题，导致注水泵无法运行。2018年5～12月期间，注水泵共计启泵16 次，累计运行308h，注水时率严重不足，导致该平台地层能量得不到有效补充，地层能量下降较快，从而引起平台产量一直处于衰减状态。为彻底解决注水泵问题，补充地层能量，对该泵故障原因进行充分分析，并提出解决方案。

柱塞泵主要技术参数参数：最大流量是60 方/h；柱塞直径是75mm；操作压力是219bar；往复次数是121～405 次；电机功率是500KW。

2 主要故障现象及原因分析

故障一：十字头连接螺栓断裂，2019年7月6日柱塞泵在运行过程中1#柱塞两次出现螺纹断裂在十字头轴内问题，并存在1#柱塞十字头轴拉伤、所有十字头轴有不同程度腐蚀、轴瓦磨损严重、轴承滚珠表面有点蚀等问题（如图1所示）。

分析故障原因：①多次拆装造成柱塞或十字头螺纹处有疲劳损伤，长时间高频运动和震动带动下连接松动掰断连接螺杆。②安装柱塞六角头扭力过大（完工文件扭力值50N.m），导致十字头连接处存在应力，长时间反复运转造成螺纹断裂。③同心度差：十字头轴内牙螺纹孔不在十字头中心（同轴度偏差大），当柱塞杆与十字头轴连接后，柱塞与十字头存在一个径向应力。④贴合面不光滑：十字头轴接触面位置或柱塞接触端面平面不够光滑，导致十字头和柱塞没有完全贴合。⑤支撑环问题：两次柱塞断裂均采用了铜合金支撑环，可能由于铜合金在生产水和摩擦升温后后膨胀不均匀，将柱塞带离原预定的中心轨道，导致柱塞和十字头不同心造成柱塞螺杆断裂。⑥轴瓦连杆原因：轴瓦由于长时间运行和曲轴结合处磨损，间隙增大，导致连杆不能在原定水平位置往复运动，使十字头和柱塞产生一个径向的力，掰断柱塞螺杆。

图1 柱塞泵故障现象

故障二：柱塞泵出口5 个单向阀弹簧全部断裂，且1#和3# 出口单向阀压盖导向套损坏，分析原因可能为1#柱塞断裂后导致所有出口阀不能正常关闭所致；柱塞端压力不均衡，导致柱塞运动不均匀，更换所有的弹簧及出口单向阀（如图2所示）。

图2 柱塞泵故障现象

故障三：1#十字头轴上部有明显拉伤，且1#缸曲轴箱滑油密封壳体上部也出现严重划痕。对1-5#缸的十字头表面检查发现，2-5#缸十字头上表面均存在与十字头滑道接触的痕迹，但下表面则相对光滑（由于柱塞的重力作用，十字头会略微翘起来与滑道上表面接触），检查1#十字头上下表面均非常光滑，对比十字头外径数据和滑道内径数据，说明1号十字头可能处于上扬且悬空状态。导致十字头轴与滑油密封壳体接触（壳体与轴的间隙为0.40mm）。而这也应该是该缸柱塞连续两次断裂的重要原因（如图3所示）。

图3 柱塞泵故障现象

故障四：五根十字头轴均出现不同程度的麻点腐蚀，柱塞填料泄漏后，生产水介质会随着柱塞往复运行甩在十字头轴表面，将轴表面逐渐腐蚀形成麻点，造成轴表面光洁度不够，最后将曲轴箱油封划伤（如图4所示）。

图4 柱塞泵不同程度的麻点腐蚀

故障五：轴瓦等磨损严重，五根连杆的连杆瓦均磨损严重，巴氏合金已磨没漏出本体，连杆瓦面接口发黑，曲轴曲柄销外径已磨损0.02～0.03mm；通过曲轴轴径表面痕迹可以看出，泵组运行时连杆在曲轴上位置不正，有歪斜现象，已经磨到曲轴轴径根部；连杆小头也发生偏斜现象，小头端面也与十字头销孔内侧面接触磨损（如图5所示）。

分析原因可能是柱塞填料泄露后，柱塞与十字头不同轴，造成连杆不在曲轴轴径中心运行，加剧了曲轴箱内部各零部件的磨损[1]。

图5 柱塞泵故障现象

故障六：轴承滚珠表面有轻微点蚀，柱塞填料泄露后，随着柱塞的往复运动，少量生产水进入到曲轴箱，虽然平台定期对润滑油进行取样检查，且注水泵润滑油达到20 天左右就进行更换，但生产水腐蚀性极强，仍造成轴承滚柱表面有轻微点蚀。

故障七：柱塞使用寿命过短，只有400h 左右。柱塞填料设计为死密封，没有任何调节余量；而支撑环是和柱塞直接接触的，运转一段时间必然会出现磨损，起不到扶正柱塞的作用，加快了二级密封等的磨损，这也是更换柱塞填料后，运转几天就出现轻微泄露，运转20 天左右后就会出现大量泄露的原因。同时支撑环磨损后，柱塞与十字头轴不同轴，也会造成机组运行振动偏高，加快动力端轴瓦等磨损。