透平滑油冷却器新增自动水喷淋系统

钟凯诚，高金虎，赵 云，李 波，水 龙

（1.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459；2.西安寄云科技有限公司，陕西西安 710077）

0 引言

在海上油田机组组网的大背景下，每台机组运转的稳定性关乎整个电网单元的生产稳定。透平发电机组（以下简称透平机组）为海上平台动力设施，为平台生产和生活提供电力保障。透平机组能否稳定运行关乎海上油田电网单元生产的稳定性，滑油系统运行正常与否对大型机组的安全经济性具有决定性作用[1]。由于油田火炬的烘烤，滑油冷却器的冷却效果下降明显，尤其是在夏季温度高、无风时。某海上油田自主设计了自动水喷淋系统，可以实现滑油温度高时自动打开水进行降温，当滑油温度降至合适的温度时自动关闭水喷淋系统，喷出的水同时还有清洁滑油冷却器的作用。经现场实际验证，此次改造大大提高了透平机组夏季运行的稳定性。

1 改造的必要性

海上石油平台电站系统由发电机组、控制系统、配电中心及所带的负载组成，自成独立系统，目前在渤海湾上的海上平台电站系统普遍使用燃气轮机作为供电设备[2]。某海上石油生产平台3台主机为SOLAR TITAN 130透平发电机，原动机额定功率13.5 MW。透平机组的滑油温度是决定机组润滑冷却效果的关键因素，每年夏天尤其是无风时，再加上火炬的烘烤，滑油冷却器无法对滑油进行充分冷却，机组滑油温度经常上升至67℃（报警值为71℃，关断值为74℃[3]）。滑油冷却风扇由电机通过皮带传动带动，皮带容易疲劳磨损，运转中有断裂风险，以前曾经出现过一次因冷却风扇皮带断裂导致滑油温度高报警。因此设计一套能够根据滑油温度自动喷淋滑油冷却器的系统，以保证滑油温度在正常范围内，这很有必要且很迫切。

2 自动喷淋系统原理设计

自动水喷淋设计的整体思路是当透平滑油温度到达设定值时，输出信号继电器吸合，电磁阀得电，仪表气导通，气动阀打开，淡水从阀门流通，到达滑油冷却器处，进行喷水降温。设定水喷淋系统在滑油温度65℃开启，当滑油温度降至61℃时关闭，这样既能及时开水降温，又能避免球阀频繁开关而导致的阀体损坏。

2.1 喷淋水流程设计

从平台软管站淡水管线处增加三通：喷淋管线的球阀处于常开状态（图1）；气动阀的控制原理为：电磁阀控制仪表气的通断进而控制球阀的开关，气动阀后各增加一道球阀，此球阀为常开状态。滑油温度达到65℃时开启气动阀喷水降温，温度降低至61℃时，气动阀关闭，喷淋水关闭。

图1 新增水喷淋管线流程设计图

2.2 控制原理设计

根据上述流程的设计和相关功能要求，设计控制原理图和现场执行原理图（图2、图3）。图2开关透平ABC信号来自透平机组程序，当滑油温度（RT380）高于65℃时，输出闭合信号，继电器MAMBMC得电，对应的指示灯LA、LB、LC亮起，同时触点MA.1、MB.1、MC.1闭合，继电器M2、M3、M4得电、电磁阀开启，水喷淋系统开始喷水。为旁通水喷淋程序，在图2中增加旁通选择开关，当旁通开关打至1位时，水喷淋程序正常执行，当旁通开关打至2位时，水喷淋程序被屏蔽。同样在图3中增加喷淋强制打开开关，当开关打至1位时，程序正常控制，当强制开关打至2位时M2、M3、M4直接得电，电磁阀得电，所有气动阀在仪表气的推动下开启，所有机组均喷淋降温。当温度低于61℃时，透平A、B、C信号输出信号0，相应地继电器失电，球阀关闭，停止喷淋水。

图2 控制原理设计图

图3 现场执行图

对透平程序（Logix 5000）做出相应语句的添加（图4），取滑油管汇温度（RT380）作为自动喷淋系统的输入值。因为SOLAR TITAN 130机组在正常停机过程中，备用滑油泵运行，此时滑油不经滑油冷却器直接进入机组，此时滑油管汇温度较高，但不需要水喷淋。因此语句中串入机组转速（NGP）判断条件，在停机过程中，即使滑油温度高于66℃自动喷淋系统也不会喷淋。

图4 透平程序修改

3 喷淋方式的设计分析

水喷淋方式直接影响到喷淋降温的效果，经分析采用一管多孔，两管布置：在透平滑油冷却器对称增加水管（图5）；两侧错位打排孔，孔径2 mm，间隔100 mm（图6），经现场实际验证，该管线布置和开孔方式，喷淋降温效果显著。

图5 冷却器上喷淋管线走向

图6 排孔位置分布

4 现场实际效果评价

透平滑油冷却器新增水喷淋系统改造完成后，水喷淋系统会根据机组滑油温度及时开启喷淋装置，为滑油冷却器降温和冲洗，避免滑油高温引起机组关断，大大提高透平机组运行的稳定性。