HHF-1600泥漿泵常見(jiàn)故障與分析

韓銀龍，李會(huì)通，王超本

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司， 天津 300452）

（2.中海油能源發(fā)展股份有限公司上海環(huán)境工程技術(shù)分公司， 上海 21000）

泥漿泵是石油鉆井作業(yè)最重要的工藝設(shè)備之一，在鉆井、修井、完井等過(guò)程中向井底輸送鉆井液、完井液，達(dá)到冷卻鉆頭、沖刷井底、破碎巖石、平衡地層壓力、攜帶巖屑等目的。HHF-1600泥漿泵分鏈條傳動(dòng)和皮帶傳動(dòng)，單泵為2臺(tái)頂置YJ23F10交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的臥式三缸單作用活塞泵。該泵由動(dòng)力端和液力端兩大部分組成。其工作原理為電機(jī)提供動(dòng)力，通過(guò)鏈條、齒輪傳動(dòng)裝置帶動(dòng)曲軸回轉(zhuǎn)，通過(guò)曲軸、連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)十字頭在上下導(dǎo)板間的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。十字頭通過(guò)中間拉桿、活塞拉桿帶動(dòng)活塞在泵缸中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，配合吸入閥、排出閥的啟閉，實(shí)現(xiàn)液缸容積的周期性變化，達(dá)到輸送泥漿的目的。

泥漿泵作為關(guān)鍵設(shè)備，不僅為鉆井、修井、完井作業(yè)提供泥漿循環(huán)，還為地層注水作業(yè)輸送海水，樁腿拔樁作業(yè)提供沖樁海水。由于海洋環(huán)境惡劣，泥漿泵輸送的泥漿含砂量多、黏度大、壓力高，海水腐蝕性大等因素，泥漿泵長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)易出現(xiàn)動(dòng)力端、液力端零部件故障。若技術(shù)人員未及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除，泵組繼續(xù)運(yùn)行會(huì)形成事故隱患，將直接影響現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)的進(jìn)度和效益。因此，分析泥漿泵常見(jiàn)故障，早期發(fā)現(xiàn)并排除泥漿泵故障有著重要意義。

1 動(dòng)力端常見(jiàn)故障

HHF-1600泥漿泵動(dòng)力端主要包括機(jī)架總成、鏈條鏈輪、小齒輪軸總成、曲軸連桿機(jī)構(gòu)、十字頭導(dǎo)板總成、潤(rùn)滑系統(tǒng)等，是泥漿泵實(shí)現(xiàn)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)。泥漿泵動(dòng)力端的故障常發(fā)生在鏈條、十字頭、導(dǎo)板、潤(rùn)滑系統(tǒng)，常表現(xiàn)為鏈條箱異響、導(dǎo)板溫度偏高或重度磨損、潤(rùn)滑油壓偏低等現(xiàn)象。

1.1 鏈條機(jī)械故障

泥漿泵鏈條是將電機(jī)動(dòng)力傳遞到小齒輪軸的裝置。泥漿泵長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，鏈條與鏈輪相互振動(dòng)、沖擊和摩擦，鏈條易出現(xiàn)銷軸套筒磨損、破裂（見(jiàn)圖1）、脫落（見(jiàn)圖2），邊緣鎖銷（見(jiàn)圖3）脫落等情況，此時(shí)鏈條箱會(huì)發(fā)出異響。若未及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除該故障，將造成鏈條振動(dòng)加劇，加速鏈條消耗，縮短使用壽命。針對(duì)該情況，技術(shù)人員應(yīng)定期檢查鏈條箱潤(rùn)滑油狀況，保證油量充足，質(zhì)量合格；定期開(kāi)蓋檢查鏈條本體狀況，對(duì)故障部分進(jìn)行更換，保證鏈條完好。

圖1 鏈條銷軸套筒破裂

圖2 鏈條銷軸套筒脫落

圖3 鏈條邊緣鎖銷

1.2 潤(rùn)滑系統(tǒng)故障

HHF-1600泥漿泵同時(shí)擁有油浴飛濺潤(rùn)滑和強(qiáng)制潤(rùn)滑系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)動(dòng)力端十字頭、導(dǎo)板、齒輪、軸承等部位進(jìn)行潤(rùn)滑。飛濺潤(rùn)滑：由大齒輪圈把潤(rùn)滑油從油池內(nèi)帶上來(lái)，當(dāng)大小齒輪嚙合時(shí)，油被擠出飛濺到各油槽和機(jī)架油腔中，實(shí)現(xiàn)各部位潤(rùn)滑。強(qiáng)制潤(rùn)滑：HHF-1600泥漿泵油池內(nèi)置潤(rùn)滑油泵1臺(tái)（見(jiàn)圖4），轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪與大齒圈嚙合獲取動(dòng)力，潤(rùn)滑油通過(guò)吸入濾器、潤(rùn)滑油泵、接頭座、管路分配到各潤(rùn)滑部位，實(shí)現(xiàn)各部位潤(rùn)滑。潤(rùn)滑系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況常通過(guò)壓力表數(shù)值進(jìn)行觀察判斷。

圖4 潤(rùn)滑油泵與濾器

吸入濾器堵塞。動(dòng)力端零件磨損，鐵屑增多，堵塞吸入濾器。泵送潤(rùn)滑油量降低，導(dǎo)致各部位潤(rùn)滑效果不佳，加速齒輪、軸承、十字頭、導(dǎo)板磨損。表現(xiàn)為潤(rùn)滑油壓低，部件溫度增高，潤(rùn)滑油雜質(zhì)增多等。應(yīng)定期清理或更換吸入濾器，防止濾器堵塞。

潤(rùn)滑油變質(zhì)，油量不足。定期清理油槽并檢查潤(rùn)滑油質(zhì)量、油位，定期補(bǔ)加，質(zhì)量不合格時(shí)更換新油。

1.3 十字頭、導(dǎo)板故障

十字頭通過(guò)曲軸連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在上下導(dǎo)板間的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，十字頭與導(dǎo)板的材質(zhì)、形狀公差、表面粗糙度必須滿足API spec 7K規(guī)范[1]和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。導(dǎo)板加工精度、安裝要求非常高，若存在誤差，將導(dǎo)致連桿大小端軸承、十字頭偏磨，造成無(wú)法挽回的后果，也會(huì)導(dǎo)致液力端活塞偏磨，影響泥漿泵容積效率。若發(fā)現(xiàn)十字頭或?qū)О宄霈F(xiàn)異常磨損，應(yīng)立即調(diào)整或更換。潤(rùn)滑不良是造成導(dǎo)板異常磨損的重要原因，應(yīng)及時(shí)檢查相關(guān)潤(rùn)滑油道是否通暢，潤(rùn)滑油油質(zhì)是否滿足要求。

對(duì)于三缸泵，要求其導(dǎo)板外殼處的溫升不超過(guò)35～45℃，油溫不超過(guò)80℃[2]。當(dāng)泥漿泵啟動(dòng)時(shí)，大齒圈轉(zhuǎn)速低，飛濺潤(rùn)滑與強(qiáng)制潤(rùn)滑均無(wú)法達(dá)到工作狀態(tài)，十字頭與導(dǎo)板磨損最為嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)十字頭、導(dǎo)板拉傷或高溫?zé)齻F(xiàn)象（見(jiàn)圖5、圖6）。根據(jù)此情況，可對(duì)泥漿泵進(jìn)行技術(shù)改造，增加電機(jī)帶動(dòng)的外置潤(rùn)滑油泵（見(jiàn)圖7）替代原有內(nèi)置齒輪泵潤(rùn)滑油泵，與泥漿泵啟動(dòng)關(guān)聯(lián)，提前啟動(dòng)潤(rùn)滑油系統(tǒng)，保證低泵沖時(shí)十字頭、導(dǎo)板的潤(rùn)滑效果。

圖5 泥漿泵導(dǎo)板拉傷、燒傷

圖6 泥漿泵十字頭燒傷

圖7 外置潤(rùn)滑油泵

2 液力端常見(jiàn)故障

液力端主要包括液缸、缸套、活塞、閥總成、吸入管路、排出管路、密封件等部件，是泥漿泵的泵頭。海上泥漿泵輸送的泥漿用海水配制，泥漿中含有較多固相，泥漿泵長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，活塞與缸套、閥體與閥座會(huì)發(fā)生疲勞磨損與腐蝕。液缸其他零部件容易因高壓泥漿造成密封件損壞、刺漏等故障。

2.1 活塞、缸套故障

活塞或缸套損壞主要有以下情況：一是活塞中心拉桿安裝不正確，出現(xiàn)對(duì)中偏差，會(huì)加速活塞與缸套的磨損[3]，快速破壞活塞、缸套密封性能（見(jiàn)圖8）；二是長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，活塞膠皮老化，彈性降低，使密封性能降低。此故障表現(xiàn)為泵壓下降，拉桿箱內(nèi)活塞與缸套間有泥漿刺出，冷卻水被泥漿污染。另外，活塞、缸套密封不嚴(yán)，空氣會(huì)進(jìn)入液缸，當(dāng)空氣量增多時(shí)，出口壓力表指針波動(dòng)，最大可至3～4MPa[4]。因空氣被吸入，活塞在剛開(kāi)始前推時(shí)會(huì)產(chǎn)生錘擊現(xiàn)象，發(fā)出噪聲。當(dāng)發(fā)現(xiàn)活塞、缸套故障時(shí)，應(yīng)立即停泵檢查，更換故障部件。

圖8 活塞偏磨

2.2 吸入閥、排出閥故障

閥故障主要有以下情況：一是閥彈簧疲勞導(dǎo)致的彈性降低或斷裂；二是閥膠皮磨損、劃傷導(dǎo)致的密封不嚴(yán)；三是扶正塊斷裂、扶正壓板脫落，導(dǎo)致閥無(wú)法起到密封作用。閥故障時(shí)泵壓下降緩慢，大約0～2MPa，無(wú)壓力波動(dòng)，可聽(tīng)到輕微或刺耳的刺水聲。發(fā)現(xiàn)閥故障時(shí)，應(yīng)立即停泵檢查，更換故障部件。

2.3 液力端異物卡阻

當(dāng)泥漿池中掉落異物、泥漿凈化不徹底、配漿攪拌不充分，吸入管路低壓濾網(wǎng)易堵塞，造成泵吸入受阻，泵壓降低。當(dāng)異物較小時(shí)，低壓濾網(wǎng)未能起到過(guò)濾作用，異物進(jìn)入泥漿泵，易造成閥體卡死，影響閥的啟閉，影響泵吸效果。針對(duì)此問(wèn)題，相關(guān)人員應(yīng)使泥漿凈化徹底、攪拌均勻，防止異物落入并定期清理低壓濾網(wǎng)。

2.4 液力端泥漿刺漏

液力端缸蓋密封圈、閥蓋密封圈、缸套密封圈、活塞密封圈為橡膠材質(zhì)，長(zhǎng)時(shí)間使用易老化導(dǎo)致密封不嚴(yán)，泥漿刺漏，影響泵壓。應(yīng)安排人員定期檢查，發(fā)現(xiàn)異常立即更換易損件。

2.5 排出空氣包壓力不合適

三缸單作用泥漿泵使用空氣包對(duì)出口壓力進(jìn)行平均，降低瞬時(shí)壓力波動(dòng)對(duì)壓力表、管路的沖擊?？諝獍鼔毫m中，才能有效中和瞬時(shí)壓力的波動(dòng)。當(dāng)泥漿泵高壓出口壓力波動(dòng)在1～2MPa時(shí)，應(yīng)首先檢查空氣包壓力是否合適。一般情況下，空氣包預(yù)充壓力不得超過(guò)泵的排出壓力的2/3，且最大充氣壓力為650psi（4.5MPa）[5]。

2.6 排出空氣包膠囊破損，充氣管線堵塞

若空氣包充氣后很快泄漏，很可能是空氣包內(nèi)的膠囊破損或直角式截至閥密封不嚴(yán)導(dǎo)致，應(yīng)更換膠囊或修理、更換直角式截止閥。充氣管線堵死易造成空氣包充不進(jìn)氣，應(yīng)檢查并清除雜物，疏通充氣管路。

2.7 排出濾網(wǎng)堵塞

在未增加泵沖、未提高泵壓的情況下，若電機(jī)負(fù)荷增大，很可能是高壓泥漿出口濾網(wǎng)堵塞，操作人員應(yīng)停泵檢查，拆下濾筒，清理雜物。

3 維保注意事項(xiàng)

3.1 定期檢查各潤(rùn)滑油狀況、空氣包壓力、泥漿高壓出口壓力，檢查泥漿泵各處密封，檢查附屬噴淋泵、潤(rùn)滑油泵、灌注泵運(yùn)行狀態(tài)并定期保養(yǎng)。

3.2 定期檢查十字頭、導(dǎo)板潤(rùn)滑和固定情況，十字頭運(yùn)轉(zhuǎn)間隙是否符合規(guī)定要求，可在導(dǎo)板下加墊片來(lái)調(diào)整間隙，也可將十字頭旋轉(zhuǎn)180°再進(jìn)行使用。

3.3 定期進(jìn)行電氣絕緣檢查，并對(duì)電機(jī)進(jìn)行保養(yǎng)。

3.4 每隔兩年或三年對(duì)整個(gè)泵組進(jìn)行一次全面檢查。檢查主軸承、連桿軸承、十字頭軸承、輸入軸軸承是否磨損或磨壞，若不能繼續(xù)使用，則須換新的。交流變頻電機(jī)檢查輸出軸軸承是否磨損或磨壞以及風(fēng)機(jī)是否工作正常。

3.5 若長(zhǎng)期不使用泥漿泵，應(yīng)認(rèn)真清除泥漿泵污物，將液力端各部放空，并用清水清洗擦試干凈。

3.6 對(duì)于沒(méi)有進(jìn)行外置潤(rùn)滑油泵改造的泥漿泵，長(zhǎng)期停用后再次啟用前，應(yīng)打開(kāi)動(dòng)力端蓋，對(duì)內(nèi)部軸承、齒輪、十字頭、導(dǎo)板進(jìn)行手動(dòng)澆注潤(rùn)滑油。

4 結(jié)論

海上作業(yè)環(huán)境惡劣，設(shè)備備件協(xié)調(diào)較長(zhǎng)，若泥漿泵出現(xiàn)未預(yù)見(jiàn)性的故障，將影響現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員必須做到對(duì)設(shè)備“四懂三會(huì)”，懂原理、懂結(jié)構(gòu)、懂性能、懂用途，會(huì)操作、會(huì)保養(yǎng)、會(huì)排除故障，保證泥漿泵健康、安全運(yùn)轉(zhuǎn)。本文對(duì)HHF1600泥漿泵常見(jiàn)故障進(jìn)行了分析研究，提出了相應(yīng)的解決方法，有助于正確判斷和處理各種故障，對(duì)提高設(shè)備維修效率，減少停鉆時(shí)間，降低鉆井成本，杜絕安全隱患都能起到重要作用。

◆參考文獻(xiàn)

[1] 美國(guó)石油協(xié)會(huì).鉆井和修井設(shè)備API spec 7K（第六版）[S].石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所翻譯出版，2015.12.

[2] 邱真理. 三缸單作用活塞式泥漿泵導(dǎo)板發(fā)熱原因分析[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，1999，28(3)：31-33.

[3] 陳小川. 鉆井泥漿泵活塞刺漏故障原因及解決措施[J].石油和化工設(shè)備，2014，17(7)：50-52.

[4] 吳南，朱宏業(yè). 海上平臺(tái)泥漿泵常見(jiàn)故障與分析[J].石油和化工設(shè)備，2014，17(8)：80-81.

[5] 四川宏華石油設(shè)備有限公司. HHF-1600泥漿泵用戶手冊(cè)[Z].2007.8.