探究涡轮发电机滑油高温的诊断及解决

王亚东 葛华杰

摘要：目前，涡轮发电机在石油行业应用极为广泛，尤其对海上石油设施来说，普遍采用涡轮发电机作为动力设备，保证涡轮发电机稳定良好的运行，实现持续不断的动力供应，是十分必要的。本课题基于某油田使用的涡轮发电机组滑油频繁高温的现象，通过对环境、滑油流程、结构布局等多方面的分析，对滑油高温的故障进行诊断，提出了多种滑油冷却方案，分析了措施的可行性，并经过实践探索最佳的滑油风冷方式：抽风式风冷，为涡轮机组的类似故障提供了思路。

Abstract： At present， the turbine generator is widely applied in petroleum industry， especially for offshore oil facilities， widely used as power turbine generator equipment， guarantee the stability of turbine generator good running， realize the continuous power supply， it is very necessary This topic is based on the use of in certain oilfield in the turbogenerator lubricating oil frequently the phenomenon of high temperature， through the lubricating oil flow to the environment Based on the analysis of the structure layout and other aspects， the fault diagnosis of high temperature lubricating oil was carried out， a variety of lubricating oil cooling schemes were proposed， the feasibility of the measures was analyzed， and the best lubricating oil air cooling method， extraction air cooling， was explored through practice， providing a train of thought for similar faults of turbine units.

关键词：涡轮发电机;滑油冷却;抽风式风冷

Key words： turbine generator;oil cooler;extrusion air cooling

中图分类号：U463.63+1                                  文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）19-0115-02

0  引言

滑油冷却器作为一种广泛应用于动力、化工、船舶、制冷和机械等领域的换热设备[1]，对于涡轮发电机组来说，润滑系统是其重要系统之一，对于机组来说，若不及时供应适当温度的润滑油，就会使零件温度迅速升高[2]，直接影响机组的稳定运行，机组的运行状态关乎油田持续、稳定生产。本课题的研究，基于某海上采油使用的平台涡轮机组，该机组随着投入使用，滑油经常出现高温，尤其夏季以来，机组更是频繁高温，对油田的持续、稳定生产带来了困扰，怎样诊断其根本原因，彻底避免机组滑油夏季频繁高温，是油田亟需解决的一项课题。

1  背景及现状

某海上油田配置两台涡轮发电机组，每台机组都有独立的润滑系统，担负着机组个旋转部件的润滑和冷却，它的组成包括以下几个部分：主油箱、滑油泵、、温控阀、滑油冷却器、滑油冷却风扇，滑油双联滤器、管线以及各种保护开关（温度高、低报警和关断开关，壓力高、低报警和关断开关，滑油箱高低液位报警关断开关等），流程简图如图1所示。

机组的润滑过程简述为：机组运行时，滑油经过滑油泵增压，高压的滑油依次经过单流阀、温控阀，当滑油温度低于55摄氏度时，滑油不经过滑油冷却器，直接经过双联滤器，为机组轴承等部件进行润滑，若滑油温度高于55摄氏度，在温控阀的控制下，有部分滑油进入冷却器，对滑油进行冷却，滑油温度越高，经过冷却器的滑油越多，通过冷却，将机组的滑油保持在合适的温度范围，若滑油温度超高74摄氏度，则机组高温停机保护。

设备滑油因高温造成的关停占比达到了62%，占比较大，设备的故障关停给油田生产带来了困扰，消除机组滑油高温的现象，是油田面临的一项难题，亟需解决。

2  故障诊断与处理

油田涡轮机组的滑油冷却器是一种翅片式的冷却器，冷却滑油依靠风冷实现，，风扇置于冷却器正下方，冷却风扇由电机带动，传动形式为皮带传动，是送风式风冷方式。具体的冷却过程是：若滑油温度高于设定值，冷却风扇电机得到系统指令启动，通过皮带带动风扇旋转，对滑油进行风冷。

针对设备的滑油高温现象，油田对机组滑油高温关停的类型进行详细的统计与分析：

因为环境高温导致滑油高温的故障占比最大，此外还有皮带打滑、温控阀故障等，占比较小，针对滑油高温的故障类型，具体分析如下：

2.1 冷却风扇皮带打滑原因分析与排除措施

参照本机组滑油冷却方式以及滑油冷却器布局，油田对皮带打滑的故障进行分类和总结，具体的皮带打滑原因分析如表1所示。

通过诊断与排除，有效的消除了机组因皮带打滑造成滑油高温的现象。

2.2 冷却风扇电机故障与温控阀故障的原因分析与排除措施

正常来说，冷却风扇电机故障与温控阀故障导致的滑油高温，表现为：滑油温度快速上升至关停温度，但故障出现的概率相对来说较小。电机出现的故障一般有：电机过载、电机反转，其对应原因一般是电机轴承卡滞和电机检修后的接線异常，排除的措施是定期做好电机的维护保养，尤其是轴承定期添加润滑脂。温控阀的故障的原因是：温控阀内部感温包损坏、流道被异物卡滞，排除措施是更滑感温包和清理异物。

2.3 环境高温导致滑油高温的原因分析与排除措施

在涡轮机组投入使用的初期，环境温度高会滑油温度上升，但没有到达关停温度，但随着使用，冷却器的冷却效率变低，环境温度易导致滑油温度升高至关停温度。需要指出的是，这里的环境高温指冷却器周围的温度高，下面分情况分析：①涡轮排气温度对冷却器的影响。受海上采油平台空间的限制，普遍来说排烟管离冷却器距离有限，这导致的现象是：若风由排烟口吹向冷却器，则高温的气体导致冷却器周围气温高，导致冷却效果变差，易导致滑油高温。②炎热天气对冷却器的影响。一般来说，涡轮机组设置在海上采油平台的上层甲板，收到太阳的直接照射，当炎热季节来临，上层甲板温度普遍较高，根据统计，一般滑油最高温度出现的时间是下午2点到4点，环境的高温，导致冷却器的冷却冷却效果变差，易导致滑油高温。③冷却器位置布局对冷却器的影响。油田配置的三台涡轮机组，间隔较近，滑油冷却器虽然置于最高位置，但冷却器处于生活楼和涡轮进气橇的半环绕状态，这导致冷却器周围的空气流通受限，若风向不对，导致冷却后的热气不能及时散去，导致冷却器的冷却冷却效果变差，易导致滑油高温。以上三种情况，导致的滑油温度升高是一个平缓的过程，但不受人为控制，处理起来较为困难，本文主要针对以上情况，提出几种解决方案。

3  几种冷却器改造方案的可行性研究

3.1 升高滑油冷却器高度

措施：将冷却器升高至一定的高度，使其周围无遮挡，使冷却后的热风能够及时散走。

优点：冷却后的热风被及时带走，很大的程度上解决了窝风的问题，相对来说改造成本较小。

缺点：虽然解决了“窝风”的问题，但依然受炎热天气的高温和排气管的热气影响。

论证：对了对比改造其效果，将一台滑油冷却器升高，经过实践论证发现，升高后，在正常气温条件下，滑油温度明显低于相对另两台机组，甚至升高后，高温的排气更容易影响到冷却效果，甚至在晚上容易出现高温。

结论：升高冷却器高度，没有达到预期的效果。

3.2 增加冷却器喷淋装置

措施：在冷却器的正上方位置安装喷淋管，从水站引入淡水，并安装控制阀控制喷淋的启用和停止。

优点：改造成本小，作业量小，在气温较高时，使用水冷配合风冷给冷却器降温，降温效果好。

缺点：需要消耗油田的淡水资源，长时间的喷淋加速冷却器的腐蚀且易造成甲板积水，并且容易使冷风风扇皮带打滑。

论证：为论证其效果，油田尝试性的改造为冷却器安装了简易的水喷淋装置，经过实践发现，在高温区段，使用喷淋可快速降温，效果良好，但喷淋水量过大时，皮带打滑严重，反而导致机组因滑油高温关停。

结论：可作为应急措施使用，但需要给皮带增装防护罩，防止水渍进入。

3.3 增大电机功率，改变风冷方式

措施：安装抽风式的鼓风设备，将原有的送风式的风冷方式，改变为抽风式的风冷方式，且增大电机功率。

优点：能够消除机组高温排气、炎热天气和“窝风”对冷却器的影响，效果良好。

缺点：改造成本相对较大。

论证：为了检验其效果，油田对其中一台进行了尝试性的改造，改造发现，效果非常好，基本消除了环境对冷却器的影响。

结论：针对与本案例类似的情况，可达到预期的效果。

4  结论

滑油冷却器是一种必不可少的的换热设备[3]，本案例对于涡轮发电机滑油高温的诊断及解决，基于海上某油田涡轮发电机组滑油的高温原因进行了分析，尤其针对环境高温对滑油的影响，将其影响进行了详细剖析与分析，针对分析结果，提出了三种关于冷却器的改造方案，对其可行性进行了详细的论证与实践，最终通过改变滑油冷却器的风冷方式，彻底排除了高温环境对滑油冷却效果的影响。本案例的成功实践，为油田解决了机组滑油高温的故障，为油田稳定生产做好了保障，并且为类似设备的滑油冷却方式提供了良好的参考，具有积极的意义。

参考文献：

[1]南金秋.滑油冷却器强化传热实验研究及其优化设计[D].哈尔滨工程大学硕士论文，2008.

[2]石帅.滑油冷却器强化换热与阻力特性研究[D].哈尔滨工程大学，2013.

[3]王广夫，王琰.船用滑油冷却器的选型分析[J].机电设备，2014.