外输滚筒主油泵频繁停泵故障分析

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(中海油能源发展采油服务公司,天津 300452)

海洋石油161平台的外输滚筒作为外输系统的关键设备，负责外输软管的下放及回收，滚筒由液压马达驱动，带动滚筒正、反向旋转，并带刹车装置，在2011年海洋石油161平台升级改造时增加一套与之配套的排管器装置。外输滚筒的可靠运行是外输的关键，在海况恶劣时，为保证外输软管的及时下放和回收，外输滚筒的可靠性尤为重要[1-2]。

1 故障分析

在外输软管收放期间，频繁出现外输滚筒主油泵停泵现象，再次启泵主油泵可再次运行，外输滚筒收放和排管器不能同时运行，这一故障现象已严重影响了外输作业中外输软管的正常工作。

1.1 电控原理图分析

根据故障现象结合主油泵控制原理图(见图1)，初步分析造成停泵的原因如下：系统中的液压油压力高，液压油箱液位低，主开关过载。

现场模拟试验，只有液位低会造成停泵，油压高、液位高报警不停泵。现场观察液位计是安装在油箱上部的，从油位视窗观察实际液位正常。经过现场确认，本套液压控制系统没有安装压力开关，因此压力高造成停泵的故障点可排除。根据故障现象观察，每次停泵后可马上重新启动，如果故障原因为主开关过载，需手动复位，主开关过载造成停泵原因可排除。

图1 海洋石油161外输滚筒电控原理图

试验及现场确认，液位开关输出不稳定可能是停泵的真正原因。

1.2 PLC程序检查

由图1可见，温度传感器可能也参与主油泵的控制。因此有必要对PLC内部程序进行分析确认。图2为PLC内部逻辑图。

由图2可见，PLC从温度传感器得到4～20 mA信号。内部设定为油温大于等于60 ℃时，通过中间继电器M21、M1和M10，输出点Y0和Y2为1。通过图3可知，当Y0和Y2为1时，主油泵1的接触器KM1和主油泵2的接触器KM3被重置。现场模拟试验，拔出温度传感器电缆接线端子，马上造成停泵现象。温度传感器的安装位置为液压油箱，根据近期外输滚筒收放作业时的观察，液压油箱的温度最高不超过40 ℃[3-4]。

结论：怀疑温度传感器存在问题造成故障停泵。

图2 PLC内部逻辑图

图3 主油泵控制原理

2 故障验证及处理

单独试验排管器，不断重复“横向移动排管器→停止移动排管器、排管器前进→排管器后退”，总计重复15次左右，其中液压站主油泵停泵4次，停泵后都能马上启动主油泵。停泵瞬时的故障现象为油温高报警灯闪烁了一下，然后马上恢复正常。结合分析故障原因，判断为温度传感器问题造成主油泵停泵。

为了证明因温度传感器故障造成停泵，将原温度传感器的电缆脱开。通过电阻箱模拟40 ℃温度值输入到PLC中(模拟试验期间，安排专人用点温仪严密监测液压油运行温度，如超出设定值60 ℃立即停泵)，经过一次外输期间收放软管和操作排管器观察，无停泵现象发生，且能实现排管器和外输滚筒同时操作，断定停泵原因为温度变送器问题。

将该液压站的该温度传感器的内芯换为质量更可靠的Rosemount PT100温度传感器。同时对液压油箱液位开关进行校核，确保其可靠、稳定地运行。外输滚筒液压控制系统原理见图4。

图4 液压系统原理

3 其他问题

根据现场观察，温度传感器的安装位置为液压油箱。通过外输滚筒工作期间观察，各个部分检测到的温度(点温仪)分别为主油泵泵体温度69 ℃、主油泵出口管线温度57 ℃、冷却器温度为54 ℃、液压油箱温度34 ℃。根据液压油控制、保护参数设定可知，液压油的温度保护设定为60 ℃停主油泵。但根据上述分析，温度传感器的安装位置为液压油箱，在主油路油温达到57 ℃时，温度传感器探测到油箱的油温为34 ℃。实际上温度传感器起不到油温保护的作用。由图4分析可知，导致油温差异的原因应为补油泵(额定排量为30 L/min)在补充主油路用油后的回流和系统泄露油经过散热器回到油箱，大部分的循环油是在主油泵(额定排量92 L/min)和液压马达之间进行闭式循环，没有经过散热器散热，造成了主油路的油温远远高于油箱的油温。为降低液压油回路的油温差异，需对主液压油回路进行适应性改造[5]。

4 结论

通过对外输滚筒液压单元电控原理及PLC程序的分析，找到主油泵频繁启停的根本原因为温度传感器工作不稳定。同时在排查故障的过程中发现了主回路液压油无法有效冷却的设计缺陷，据此提出建议对外输滚筒液压单元进行改造。目前已在主油路增加冷却装置，主回路液压油得到有效冷却，外输滚筒运行更加平稳、可靠。

[1] 金向东.国产外输滚筒在自安装采油平台的应用[J].西部探矿工程,2011,(2):56-57.

[2] 外输滚筒设计说明书[R]．谢克斯特(天津)海洋船舶工程有限公司,2008．

[3] 范国伟.三菱可编程序控制器技术与应用[M].北京.人民邮电出版社,2010.

[4] 于 淼，吴化柱.PLC在温度控制中的应用[J].电脑知识与技术,2009,5(2):480-481.

[5] 余军伟.提升机液压站冷却和加热装置设计与应用[J].煤矿机械,2011,(11):22-24.