有效降低卧式多级离心泵轴承温度的方法

侯玉杰，马 亮

（中海石油（中国）有限公司天津分公司渤南作业公司，天津 300459）

0 引言

海上石油平台具有原油的开采、处理、外输能力，由于其在上下游生产流程中的作用及所处位置，只具备原油初级脱水能力，使得原油含水量不超过15%。生产分离器是分离油气水的重要装置，经过其处理过的原油进入原油缓冲罐稳定、缓存之后，由原油外输泵外输至下游平台进行进一步处理。平台投产初期每日的原油外输量可达到3500 m3/d，需要两台原油外输泵同时运行才能满足现场的生产需求。

多级离心泵作为使用频率较高的一种泵型，卧式离心泵广泛应用于石油化工领域，具有效率、流量、扬程及出口压力高、结构合理、成本低、寿命长等优点，适用于输送水、化学介质及其他液体，在海洋石油平台的日常生产中同样发挥着关键作用。由于海上平台所处位置的特殊性，使得离心泵的安装橇块及位置有所限制，这会影响设备的运行状态。

某平台原油外输泵采用卧式多级离心泵，由于原油外输泵的原始设计为非驱动端轴承散热方式，只是单纯地依靠轴承室翅片自然散热，再加上夏天海上环境温度高及外输泵所处位置闭塞、不通风，空气流动不能及时将设备运转时产生的热量带走，致使设备运转时非驱动端温度达到高温报警值，严重影响原油的正常外输，不仅增加了设备的检修频率，还缩短了设备的使用寿命。因此，亟需通过全面的原因分析和技术优化方案，来保证原油的正常外输。

1 故障原因分析

根据原油外输泵非驱动端轴承频繁高温报警、关停故障时，大胆开阔思路，跳出常规思维——即简单的认为是由于运行环境问题。

通过认真研判、分析设备各季节温度变化的区别，可能对设备稳定运行所带来的影响，分析出该泵非驱动端频繁高温报警、关停的主要原因有：①泵非驱动端的原始设计是单纯依靠轴承室外部散热片进行自然散热；②泵安装位置空气流通性较差，不能有效的将轴承室散热片的温度带走；③厂家建议加装的润滑油黏度较高，流动性不好。

针对以上分析，制定可以解决问题的方法：

（1）将原始黏度较高的15W-40 润滑油更换为黏度较低、流动性较好的多宝T32 润滑油。

（2）对非驱动端轴承室进行改造，添加轴承冷却风扇进行强制通风。

2 制定技术方案

2.1 技术方案的制定及综合分析

在确定非驱动端轴承频繁高温原因后，为了保证原油的正常、平稳外输，保障设备的完整性，进行全面的科技创新、技术攻关，从以下4 个方面由简入繁，进行分析、对比。

2.1.1 更换轴承室润滑油种类

由油品的理化特性可知，该原油外输泵使用的油品黏度较大、流动性稍差、散热性较差，长时间的高温情况下使用容易变黑、结碳，适用于转速较低、配合间隙的设备润滑使用。通过分析对比，多宝T32 润滑油的理化特性具有黏度较低、流动性较好、性质稳定、散热性较好、高温下长时间使用不易变性等特性。经过综合分析评估、对比决定将原始滑油更换为多宝T32 润滑油，更换完毕试运行最高温度由原始的75 ℃降至70 ℃，虽然运转温度有所下降，但是仍然无法满足设备正常状态运转的要求。

2.1.2 添加轴流风机强制促进空气流动

外输泵安装位置处于平台下甲板，由于周围环境闭塞、不通风，且设备、管线密布，设备环境温度高于周围环境温度。为了加快周围的空气流动，可以在外输泵顶部空间添加轴流式叶片风机，对设备周围环境进行强制通风，降低局部温度，营造设备所处适宜的温度环境。经过现场勘察及分析对比发现，现场可利用空间受限，项目实施存在一定困难且实施费用高昂，实用性不高。

2.1.3 临时增设轴流式风机对非驱动端轴承室进行吹扫降温

通过引出额外电源安装外挂式轴流风机对轴承室进行吹扫降温，使轴承温度由75 ℃降低至60 ℃，基本上可以满足现场设备正常运行的要求。但是外挂式轴流风机始终只是临时措施，不是长久之计，而且存在一定的安全隐患，也不能从根本上解决问题。

2.1.4 在原油外输泵非驱动端添加轴承冷却风扇

对非驱动端轴承室进行强制吹扫散热，使添加的冷却风扇与外输泵成为一个整体，通过转子的转动来带动冷却风扇转动，对轴承室散热翅片进行吹扫，强制增加空气对流将轴承室温度带走从而提高轴承在运转过程中的散热速度，降低轴承的运转温度，使其处于合适的运转环境。

2.2 最优技术解决方案选择

经过分析对比结合现场实际情况及运转要求，对设想方案进行充分分析、对比、评估，决定采用在原油外输泵非驱动端添加轴承冷却风扇这一方案，在原有的单纯依靠轴承室散热翅片自然散热的基础上，通过加装冷却风扇对整个轴承室实现强制吹扫散热，加大散热力度，保证设备的正常运行。

3 技术方案的实施

原油外输泵非驱动端添加轴承冷却风扇方案的实施，需要根据现场实际情况在非驱动端泵轴的端部安装短节，通过对泵轴端面中心进行打孔、攻丝并配置合适的一端带有可旋转螺纹的短节与泵轴端面通过旋合方式相连，并保证短节的旋合紧固方向与外输泵运转方向相反。主要实施步骤及采取的技术措施如下。

3.1 泵轴端面钻孔、攻丝安装泵轴短节

泵轴端面钻孔、攻丝是该项目的关键步骤之一，需要注意以下4 项事宜：①保证打孔部位处于泵轴端面的中心；②孔洞的中心线势必要与泵轴的中心线相重合；③孔洞的深度能够满足螺纹短节的旋合要求；④螺纹的旋转方向要满足现场的实际工况。

为了满足加工过程中的技术要求保障设备的正常运行，特制定了如下技术措施：

（1）制作打孔中心定位器通过轴承紧固锁母的螺纹进行旋合，保证打孔位置尽可能处于泵轴的中心部位且偏差处于可接受范围内。

（2）制作打孔专用进给工具固定在设备上，通过调整钻头的进给量平稳、均匀输出，使得孔洞的中心线与泵轴的中心线重合。

（3）根据孔洞需要承受旋转载荷及旋合短节尺寸对泵轴加工孔洞进行综合测算保证孔洞规格能够满足设备正常运行，经测算及综合分析需要打孔的直径为Φ18 mm，孔洞深度为30 mm。

（4）为了保证短节的旋合方向与转子的旋合方向相反，使得在旋转过程中避免出现短节松动的现象，需要对孔洞加工反方向旋合的螺纹（图1）。

图1 泵轴短节

3.2 选择添润滑油轴端密封装置

为了满足轴承室外侧压盖与泵轴间隙的密封要求及避免润滑油泄漏，确保短节的安装要求，需要在轴承室的外侧压盖中心部位参照短节的直径进行开孔处理，外侧压盖孔洞与短节之间的缝隙需要选择安装尺寸合适的润滑油轴端密封装置进行密封（图2）：轴承室外侧压盖开孔之前需要对油封进行选型，保证油封与压盖内孔洞及短节外径都有合适的配合；压盖开孔需要对中心点进行充分定位，避免安装之后出现间隙不均匀导致的“扫膛”现象。

图2 润滑油轴端密封装置

3.3 选择合适的冷却风扇

冷却风扇是给轴承降温的重要零部件，选型十分关键，要求既能满足现场散热温降的要求，又要保证旋转过程中的强度，需要在风扇的材料、叶片数量、厚度及平衡方面综合考虑。经过现场实际工况要求，选择冷却风扇类型为高密度塑料材料，叶片数量5 片、厚度4 mm；采用过渡配合的方式安装至短节的端部，短节端部的外表面和风扇安装内孔表面采用凹凸键槽方式进行防打滑安装，冷却风扇的外侧采用卡簧钳进行固定。

3.4 安装旋转保护装置

为了保障设备运转的安全性需要给冷却风扇外侧添加防护罩，为了保证防护罩的正常安装，需要在轴承室外侧压盖焊接伸出3 个互成120°的防护罩固定底座，用螺栓将防护罩与底座进行固定，防止旋转部位意外伤人事故。

此原油外输泵非驱动端添加轴承冷却风扇项目的实施无需额外为冷却风扇增加动力，依靠泵轴的转动来带动冷却风扇的快速旋转，产生气流将润滑油箱的热量吹走，达到冷却的效果。项目改造至今，设备一直处于平稳运行状态，运行温度由原来的夏季最高75 ℃降低至46 ℃，既保障运行安全也为轴承的有效润滑提供了适宜温度，大大减少轴承检修频率，延长设备使用寿命。

4 实施成效

本次原油外输泵非驱动端添加轴承冷却风扇项目，自改造至今一直处于平稳运行状态，非驱动端轴承室温度大幅降低，运行参数稳定，保障了平台原油系统稳定运行，经济效益明显。该项创新改造不仅大大节省了备件、人力、物料等，还在保证原油平稳外输及设备完整性方面贡献巨大，可以有效避免外输泵因高温关停致使整个油田关断这一潜在风险，避免经济损失的严重后果。同时，相关技术人员今后还需要学习和采纳的该项目的思维模式及处理方法。这一自主创新改造项目也可以为其他油田的类似情况处理提供借鉴，可推广意义重大。