混输泵辅助系统故障分析

辜强

摘要：采用混输泵增压能够减少平台上设备数量和占用面积，可使一些边际油田得到经济可行的开发。混输泵大部分的故障直接或间接都是因为辅助系统故障引起的，本文通过对混输泵的辅助系统在实际运行中出现故障的原因进行分析，找到处理方法，为辅助系统的常见故障的排除提供参考。

关键词：混输泵 辅助系统 机械密封 润滑油

1. 混输泵工作原理

双螺杆混输泵通过工作容积腔的周期性变化实现对流体传递能量，其典型结构如图1所示。其主动螺杆由电机驱动，从动螺杆通过同步齿轮由主动螺杆带动。两个螺杆相互不接触，在围绕它们的衬套之内作顺时针和逆时针转动。随着螺杆的转动，密封腔内的流体随密封线向排出端匀速移动，沿流体运动方向，啮合螺杆之间各工作腔内压力逐渐上升并在排出端排出泵腔。

图1 混输泵结构图

2. 混输泵的辅助系统简介

混输泵的辅助系统包括：密封油系统、润滑油系统，两套系统共用一个油箱，所用油品为ISO VG46液压油。

密封油系统

主、从动螺杆两端的密封采用双端面机械密封，选用API plan 54冲洗方案 。阻封液的压力至少要高于内部密封介质的压力0. 14MPa。即使泄漏也是清洁的阻封液泄漏到被输送的介质中去，内部含有颗粒的流体介质不会进入密封面，导致机械密封损坏。

密封油系统由两台齿轮油泵提供动力，经过一个流量计，然后分为四路，分别去到转子的四个机械密封的密封腔里，再分别通过四个流量调节阀，四个流量开关，再由回油油路汇集在一起，通过双联过滤器，通过压差控制阀根据混输泵的进口压力与密封油系统的压差来调节密封油系统的压力。密封油系统组成图如图2所示。

润滑油系统

润滑油系统由两台齿轮油泵提供动力，通过压力控制阀调节密封油系统的压力，先后经过双联过滤器，流量计，然后分为五路，分别通过五个流量调节阀和流量开关，分别去到转子的四个轴承腔和同步齿轮的密封腔，由回油管路汇集再回油箱，如图3所示。

图2 密封油系统图 图3 润滑油系统图

3. 故障分析

1. 故障一

故障现象：某平台混输泵在启泵运转中出现密封系统高压，出口安全阀起跳。

1. 故障可能原因：

1. 密封油系统压差控制阀由于下腔体中的原油长时间低温出现凝固现象（原油凝固点约为18℃），导致压差控制阀无法调节压力，泵超压运行。

2. 润滑油温度过低（12℃），由于密封油系统采用的是回油路调压，密封油低温是粘度高，导致沿程阻力高，出现高压。

2. 故障排查

针对压差控制阀调节失效的故障原因，通过分析其结构可以看出，图4所示，压差控制阀上腔室通入的是密封油，下腔室通入来自混输泵入口处原油，系统压力取决于弹簧预紧力和混输泵入口压力之和，如原油凝固，会导致密封油系统失去对混输泵进口压力波动的调节性，一般状况下不会导致密封油系统高压。

图4 压差控制阀结构图

针对密封油的粘温特性在低温时导致沿程阻力高从而引起密封油系统压力高的故障原因，查得 46号液压油的运动粘度在10℃和50℃时相差很大，在低温时，密封油粘度变大，沿程阻力高，密封油的压力调节是在回油管线上，导致密封油压力过高。通过密封油路的压力和温度曲线可以看出，由于密封油的温度过低，导致密封油粘度低，阻力大，密封油出现高压，如图5所示。

图5密封油压力-温度图

3. 故障解决措施

针对密封油的粘温特性，在启动密封油油系统时，需要先等到润滑油加热到28℃以上，让密封油进入到混输泵机械密封腔室，再经回油管线到油箱，待整个密封油系统运行稳定之后再启动混输泵。按照上述方法启动混输泵，没有出现密封油系统高压的故障。

1. 故障二

故障现象：某平台混输泵在一次加大负荷的调整中，出现非驱动端两个轴承高温报警，温度达到90摄氏度，并且齿轮箱呼吸口有泡沫状润滑油冒出。

1. 故障可能原因

1. 轴承失效，发送刮擦或者滑动摩擦，导致高温。

2. 润滑油流量不足，导致轴承润滑不够，热量无法带走，导致轴承高温。

3. 润滑油失效变质，润滑冷却效果变差。

4. 润滑油路各路流量分配不均，导致非驱动端轴承高温。

2. 故障排查

针对轴承失效的原因，一般轴承失效都会伴随着高振动和异常声响的出现，但是在现场没有听到异常的声音，通过历史振动数据分析也没有发现数值波动的情况，这表示轴承运转一直都是很平稳的，轴承没有失效。

针对润滑油流量不足的原因，如果是总的润滑油量不足，那么将会出现驱动端和非驱动端的四个轴承都会高温，而不是只有非驱动端轴承高温，从润滑油总流量和非驱动端轴承温度的曲线图也可以看出，总润滑油流量的变化不是引起高温的原因，如图6所示。

图6润滑油流量-轴承温度图

针对润滑油失效变质的原因，提取润滑油样品送检测机构化验，化验的结果是润滑油的各项性能指标都是在合格的范围内，所以润滑油失效变质的原因排除。

对于润滑油路各支路流量分配不均，导致非驱动端轴承高温这个原因，通过对润滑油原理图和各项参数曲线的分析，结合现场出现的故障现象。判断出是流入到齿轮箱的润滑油偏多，液位过高，同步齿轮搅油导致润滑油发泡，在加大负荷调高转速时，搅油更加严重，非驱动端轴承在发泡的润滑油里面润滑不良，并且发泡的润滑油携带热量能力降低；同时由于总的润滑油量一定，去齿轮箱的润滑油多了必然导致去4个轴承的润滑油变少，此时遇上加大负荷，转速提高，轴功率增大，发热增多，多个因素叠加在一起最终导致非驱动端轴承高温；由于润滑油大量起泡，排油不畅，夹杂着气泡的润滑油从齿轮箱呼吸口冒出。

3. 故障解决措施

启动机组润滑油系统，发现去同步齿轮箱的润滑油流量达到6 L/Min，去4个轴承腔的润滑油流量都是在3.5 L/Min，同时通过齿轮箱的观察孔发现里面的润滑油液位已经浸没了整个观察孔，如图7所示，这就意味着去齿轮箱的润滑油流量明细偏多，此时非驱动端轴承温度也在逐步升高，随即把去齿轮箱的润滑油流量调到4.75 L/Min，调整之后，观察孔的液位降低到3/4的位置，如图8所示，此时非驱动端轴承的温度也逐步下降到正常范围内。故障解决之后，锁紧各路流量调节阀，防止其在运转产生的振动中再次松动，出现流量不均匀。

图7.调整前 图8 调整后

4. 结论

通过对混输泵的密封油系统和润滑油系统的组成、原理详细分析，充分了解和掌握其运转过程中的关键点，分析故障现象，逐步反推回去，找到根本原因，成功解决问题。对混输泵的辅助系统维护保养，需定期对泵总体检查，时刻关注各项参数的变化，如发现压力波动、流量不稳、各控制部件有故障时及时维修，保证混输泵辅助系统各部件功能的完整性，减少辅助系统故障的次数。

参考文献

1. 1. 于邦廷，王文祥，徐海波，等. 影响海上平台混输泵应用的关键因素分析[J].水泵技术,2015,2.

   2. 冯胜，刘海.LEISTRIZ多相混输泵在渤西油田的应用实践及改进建议[J].中国海上油气（工程）,2000,12(1).

   3. 孙照亮，石迅齐，刘奕彤. 2LYQB 型油气混输泵结构原理及机械密封泄漏原因分析[J].2008.