海上油田热介质循环泵机封冷却系统改造

李治　曹贵

摘要：某海上油田热介质循环泵所输送的介质为导热油，温度在210℃左右，在泵组运转过程中介质的高温会传导给机械密封。泵组配备的机封冷却系统是靠机封动环自身的旋转提供循环动力。由于机封所能提供的循环动力较小，经常造成冷却油不循环从而导致机封温度高，给泵组的运转带来较大的安全隐患，同时也大大降低了机封的使用寿命，增加了泵组的维修成本。本文通过对冷却系统的工艺改造，改善了冷却油的循环动力，提高了冷却系统冷却效果，延长了机封寿命，降低了泵组运转风险和维修成本，达到了提质增效的效果。

关键词：热介质循环泵;机械密封;冷却系统;工艺改造;运转风险;维修成本

一、概述

某海上油田热介质循环泵作为热介质系统的心脏，承担着导热油的输送的重任。导热油的温度为210℃左右，通过泵腔时直接与机械密封（以下简称机封）接触，高温也由此直接传导给机封，而机封的适宜工作温度在90℃左右，一旦超过100℃将会有较大的运转安全隐患，并且会大大降低机封的使用寿命，因此泵组本身设计了一套机封冷却系统，但这套冷却系统的动力却是由机封动环的本身旋转来提供。由于动环本身的结构限制了其能提供的动力，而且对泵的装配、零部件及冷却油要求较高，只要稍有变化即会影响冷却油的循环，常常在泵的运转过程中冷却油循环系统就不工作，如果未能及时发现就可能导致机封处温度持续升高从而带来安全隐患。这种现象也致使机封失效频率增高，增加了泵组的维修成本。

本文从造成冷却油不循环的原因进行分析，通过对冷却系统的工艺改造，增加外部动力，从而改善了冷却油的循环动力，提高了冷却系统冷却效果，延长了机封寿命，降低了泵组运转风险和维修成本。

二、冷却油不循环原因分析

（一）冷却系统工作原理

本套系统由冷却油箱、海水冷却盘管、副机封动环、循环管线组成。由图1.图2中可知副机封动环与静环座形成类似于单螺杆泵的结构，当泵组运转时带动副机封动环旋转，将冷却油由进口B11泵至出口BO1，冷却油经循环管线回到油箱，并在油箱中冷却后再参与循环，在冷却油经过机封时带走热量，以达到冷却的效果。

（二）冷却油不循环原因分析

1.冷却盘管穿孔导致冷却油乳化变质

现场维修发现在冷却油有乳化现象时整个冷却系统处于不循环状态，主要是因为油进水乳化后密度改变了，导致副机封动环无法将乳化后的冷却油泵起。

2.油路堵塞

冷却系统回路由几段仪表管组成，其管径较细，而在系统运转的过程中难免形成杂质，杂质会减弱系统的循环能力，当冷却油循环力度较弱时杂质会慢慢沉淀下来导致底部管线的堵塞，从而使冷却系统停止工作。

3.副机封动环提供动力不足

从以上两点原因中可以看出，泵组所设计的由副机封动环来提供的动力实际上是很有限的，而且对泵的装配、零部件及冷却油都很敏感，当副机封动环与静环座所形成的腔体间隙有稍微增大时其所提供的动力就会被腔体的内漏所消耗，根本无法让冷却油循环起来。

泵在实际运转过程中各零部件的损耗是无法避免的，如果一直通过更换零部件来达到冷却油的循环条件成本就会变得非常高，因此通过对冷却系统自身的改造来达到循环效果意义重大。

三、改造方案

（一）改造思路

本文分析了泵组机封冷却系统不循环的原因后，改造的方向及思路就明确了，只要能给冷却油提供一个动力，整个冷却系统就能循环运转起来。而在回路中能提供动力最好的方式就是增加一台循环泵。

（二）循环泵选型

根据现场制约因素的分析，现场能量源有两种形式，一为电源，二为气源，如果使用电动循环泵，那么就需要选择具有防爆性能的电机，这样就会增加改造成本。如果使用气动循环泵，则需要考虑泵的用气量对现场的影响。因为泵组冷却系统本身能靠副机封动环提供部分动力，因此对新增的循环泵所提供的动力要求是较小的，只需要选择一个微型的泵即可。经过查询微型气动泵的用气量较小，不会给现场带来影响。再考虑到微型气动泵尺寸小，其流量可根据实际情况调定，出口压力较小不会对泵组产生冲击，市面价格也比较便宜就在几百元左右，后期维护也比较简单。最后决定在冷却系统中增加一台微型气动泵来提供循环动力。

（三）改造内容

1.冷却盘管改造

针对冷却盘管穿孔漏水现象，通过采用3/8英寸的仪表管将原有的铜盘管替换掉，这样既能满足盘管的冷却效果，也能增强盘管对海水的耐腐蚀性。

2.气动泵流程改造

在油箱出口至机封冷却油进口管线段上增加一台微型气动泵，从而实现对冷油的加速循环。经过现场实测，机封处温度能够很好地保持在85-90℃范围内，效果明显。

四、结论

通过对泵组机封冷却系统采用上述的改造后取得了以下效果：

（1）更换了冷却盘管材质后盘管未出现过穿孔漏海水的现象，防止了海水进入冷却油而造成的乳化现象，也防止了海水进入泵内对泵造成腐蚀。

（2）增加了微型气动循环泵后，在泵组运转过程中冷却油对泵无冲击现象，没有影响泵组的正常运转，机封处的冷却效果较好基本上保持在85-90℃范围内。

（3）降低了泵组机封的故障率，在改造完成后还未发生过机封处的故障。每台泵的改造成本為1500元左右，能够节省维修费用约20万元左右，达到了提质增效的目的。

参考文献：

[1]金广伟.离心泵的维护及检修[J].科技成果纵横，2007（05）.

[2]王雪光.石油化工生产常用机械密封形式及失效原因分析[J].中国石油和化工标准与质量，2011（08）.

[3]罗旺.探讨石油化工生产常用机械密封形式与失效原因分析[J].科技资讯，2012（13）.

[4]贺鹏程.机械密封冷却液循环泵效环特性研究[D].昆明理工大学，2014.