海上風(fēng)電安裝平臺(tái)沖樁系統(tǒng)故障維修

黃移典

摘 要：海上風(fēng)電安裝平臺(tái)拔樁時(shí)利用沖樁系統(tǒng)沖洗樁靴減少樁靴出泥阻力，沖樁系統(tǒng)是平臺(tái)提升系統(tǒng)的重要組成，其可靠性直接影響到平臺(tái)安全性，在平臺(tái)海試時(shí)發(fā)現(xiàn)的沖樁系統(tǒng)控制柜軟啟動(dòng)器燒壞、沖樁泵震動(dòng)、電機(jī)發(fā)熱等故障需要深入調(diào)查并尋找對應(yīng)措施以確保平臺(tái)安全運(yùn)營。本文通過分析故障現(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因，尋找最優(yōu)的整改方案，這對平臺(tái)運(yùn)營維護(hù)以及后續(xù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)建造具有一定的參考借鑒意義。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電安裝平臺(tái) 沖樁系統(tǒng) 離心泵 軟啟動(dòng)器 軸功率曲線

中圖分類號(hào)：TE95 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）09（b）-0024-02

根據(jù)技術(shù)規(guī)格書要求該平臺(tái)共配備4根樁腿，每根樁腿設(shè)置1臺(tái)沖樁泵及1臺(tái)軟啟動(dòng)器，同時(shí)每根樁腿的樁靴底面和頂面設(shè)置各8個(gè)噴嘴，供拔樁時(shí)噴沖使用。單樁流量120m?/h，壓力：5MPa，連續(xù)沖樁。供應(yīng)商據(jù)此要求選用臥式多級(jí)離心泵，級(jí)數(shù)為12級(jí)，額定揚(yáng)程500m，額定軸功率315kW，額定流量120m?/h。依據(jù)試驗(yàn)大綱在做沖樁試驗(yàn)過程中出現(xiàn)了電氣控制3臺(tái)軟啟動(dòng)器燒壞、沖樁泵震動(dòng)、電機(jī)過熱等情況。本文通過分析故障、比選多種解決方案最終確定選用減少1級(jí)葉輪（由12級(jí)降至11級(jí)葉輪），實(shí)際揚(yáng)程和流量滿足設(shè)計(jì)及使用要求，最終解決了軟啟動(dòng)器燒損等故障。

1 故障現(xiàn)象

（1）海試期間完成樁腿提升后做拔樁試驗(yàn)，依據(jù)試驗(yàn)大綱要求記錄泵出口壓力5MPa時(shí)的電流如表1，由表中1可見4臺(tái)沖樁泵的實(shí)際電流均超過額定電流、泵組震動(dòng)較大、電機(jī)發(fā)熱。根據(jù)公式：功率=1.732×I×U*cosφ（功率因數(shù)取0.9），實(shí)測電流及對應(yīng)功率見表1。

（2）依據(jù)試驗(yàn)大綱要求“在4～5MPa的出口壓力下，泵組運(yùn)行30min”，試驗(yàn)人員將出口閥開到最大，準(zhǔn)備啟動(dòng)泵組后關(guān)閉閥門調(diào)整壓力至5MPa，但在這一過程中4臺(tái)泵組里出現(xiàn)3臺(tái)軟啟動(dòng)燒壞，僅NO.2號(hào)沖樁泵完成了相關(guān)試驗(yàn)。

2 原因分析

離心泵具有轉(zhuǎn)速高、體積小、效率高、流量大、結(jié)構(gòu)簡單、輸液無脈動(dòng)、性能平穩(wěn)、容易操作和維修方便等特點(diǎn)。在一定轉(zhuǎn)速下，通過實(shí)驗(yàn)可測得揚(yáng)程、功率和效率與流量的變化曲線作為泵在該轉(zhuǎn)速下的特性曲線。通過特性曲線可知在出口閥開啟最大角度時(shí)流量，最大揚(yáng)程最低，電流最高；在出口閥關(guān)閉時(shí)流量為零，揚(yáng)程最大，電流最小[1]。

2.1 操作問題

造成此次試驗(yàn)故障的直接原因是由于試驗(yàn)各方參與人員均未能充分理解該沖樁泵為大功率多級(jí)離心泵，與操作普通離心泵的經(jīng)驗(yàn)不同，因而沒有采取必要的防范措施。大型離心泵應(yīng)該關(guān)小出口閥，啟動(dòng)后再慢慢打開，以降低啟動(dòng)電流，然后開閥至使用額定揚(yáng)程要求的工況，過程中要注意軟啟動(dòng)器中的電流顯示。

2.2 設(shè)備問題

（1）從圖1中可以看出該泵的關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程超額定揚(yáng)程達(dá)到33%（666/500=133%），超過了API610[2]標(biāo)準(zhǔn)要求較多（標(biāo)準(zhǔn)為20%），泵功率余量過大，無法在最高效率下工作，易造成汽蝕震動(dòng)。

（2）最高軸功率為321.1kW，電機(jī)額定功率為315kW，額定電流310A。依據(jù)API610標(biāo)準(zhǔn)，軸功率>55kW時(shí)電機(jī)功率應(yīng)為額定軸功率1.1倍，因此該設(shè)計(jì)未能滿足電機(jī)功率需大于354kW的要求。

（3）從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知泵的實(shí)際揚(yáng)程和實(shí)際功率超過特性曲線，性能偏差達(dá)較大，而API610中規(guī)定揚(yáng)程>300m時(shí)泵性能允許偏差的要求是正負(fù)5%。

（4）軟啟動(dòng)器設(shè)備說明書要求屬于重載啟動(dòng)時(shí)應(yīng)該選用比額定電機(jī)功率大一個(gè)規(guī)格的軟啟動(dòng)器，過載保護(hù)等級(jí)需設(shè)置為30。而本設(shè)備的軟啟動(dòng)未按照大一個(gè)規(guī)格原則和相應(yīng)保護(hù)等級(jí)選用軟啟動(dòng)器，因此極易造成過載燒壞，。

2.3 整改方案比選

（1）增加節(jié)流孔板。增加節(jié)流孔板后，相應(yīng)的流量會(huì)隨之降低，揚(yáng)程增大，電流降低。實(shí)際試驗(yàn)中得知控制量程在570m時(shí)，電流310A，功率316kW，流量118m?/h，滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）電機(jī)無過載設(shè)計(jì)。即能在最大揚(yáng)程到最小揚(yáng)程范圍內(nèi)任何工況點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，均不發(fā)生過載或因過載而燒壞電機(jī)及軟啟動(dòng)，包括以下方法：①由于原配PSTX370軟啟動(dòng)器改為內(nèi)接方式可承受640A，無需改為大一級(jí)的軟啟動(dòng)器，僅更換大功率電機(jī)及接線方式即可做到電機(jī)滿足泵在最大揚(yáng)程及最低揚(yáng)程間的最大電流；②改用變頻電機(jī)及變頻器，通過變頻控制流量。這兩種方法可以徹底解決過高揚(yáng)程的問題，適應(yīng)了拔樁時(shí)復(fù)雜地形的要求，為復(fù)雜條件下沖樁出泥提供了可操作余地。

（3）切削葉片或減少葉輪級(jí)數(shù)。減小葉輪直徑可以降低揚(yáng)程及軸功率，使其接近額定工況點(diǎn)，但該方法需要施工工藝復(fù)雜，不適用現(xiàn)場修改。減少葉輪級(jí)數(shù)，該泵為臥式12級(jí)離心泵，若減少一級(jí)葉輪，可將揚(yáng)程降為當(dāng)前楊程的11/12，揚(yáng)程降低，軸功率降低，電流降低。在原葉輪位置改為軸套，安裝過程中需控制動(dòng)平衡及震動(dòng)滿足API610的要求見圖2。

2.4 方案比選確定

（1）程過低、電流過載。缺點(diǎn)是依據(jù)流體力學(xué)原理，節(jié)流孔板后的壓力降低可能造成沖樁困難，無法確保順利從泥中拔出。

（2）更換大功率電機(jī)，且更換為內(nèi)接方式，保留了較大揚(yáng)程有利于沖樁效果，防止了過電流造成的設(shè)備故障。缺點(diǎn)是需更換電機(jī)及電路改造，成本較高周期較長。

（3）切削葉片，可兼顧水泵和電機(jī)的工作效率，但是在平臺(tái)上無法修改，必須拆解出倉回廠修改，且工藝復(fù)雜。拆除末端一級(jí)葉輪，揚(yáng)程降低、流量不變，使泵的揚(yáng)程和流量也滿足實(shí)際使用要求，現(xiàn)場施工方便周期短，且不必改變原有結(jié)構(gòu)和管路，且該不破壞泵結(jié)構(gòu)，修改可復(fù)原，從經(jīng)濟(jì)性、時(shí)效性、風(fēng)險(xiǎn)控制等方面比選該方案都是最佳的。

3 結(jié)語

在發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)故障后積極調(diào)查、研究解決方案，鑒于平臺(tái)很快要投入風(fēng)機(jī)吊裝的運(yùn)營工作，為不影響平臺(tái)插拔樁腿，確保沖樁系統(tǒng)有效噴沖樁靴海泥，處理方案中應(yīng)當(dāng)以施工周期短、施工簡單、施工費(fèi)用低等為第一選擇，因此選用拆除一級(jí)葉輪來使沖樁泵滿足工作工況。鑒于此次設(shè)備故障排除可以學(xué)習(xí)到以下內(nèi)容，為后續(xù)的其他船舶設(shè)計(jì)建造、設(shè)備調(diào)試提供參考。

（1）對于新建項(xiàng)目中的新設(shè)備，設(shè)計(jì)人員及試驗(yàn)人員應(yīng)當(dāng)深入了解其工作原理及性能。

（2）設(shè)計(jì)中不同專業(yè)的設(shè)計(jì)部門應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)學(xué)習(xí)溝通，避免出現(xiàn)電氣設(shè)計(jì)與輪機(jī)設(shè)計(jì)不吻合。

（3）此次供應(yīng)商所供產(chǎn)品與提供的產(chǎn)品性能指數(shù)試驗(yàn)報(bào)告不吻合，相關(guān)部門需加強(qiáng)對供應(yīng)商考核。

參考文獻(xiàn)

[1] 李秀芹，王喜坤.離心泵特性曲線的測定及分析[J].科技與中外企業(yè)家，2012（12）：88-89.

[2] 全國泵標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)編譯.GB/T 3215-2007，石油重化學(xué)和天然氣工業(yè)用離心泵[S].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.endprint