海上油田吊机隐患治理与管理提升实践_王瑞.pdf

设备管理与维修2023 5（下）0引言海上油气田生产装置起重吊机（以下简称吊机）是油田的特种设备，是保障平台之间人员与货物转运的重要“生命线”。作为海上平台或其他生产装置上的补给、人员交通、货物转运过程中的特种设备，吊机出现问题会对海上油田安全、生产和生活造成严重影响，所以吊机的安全可靠性尤为重要。某海上油田共有 3 台 15 t 基座式吊机，服役 15 年后各项性能指标下降，存在操作不顺畅、溜车、抖动、系统油温偏高、齿轮箱密封窜漏等问题，油田每年需投入较多人力和物力成本消除吊机潜在的故障。因此，对吊机的液控系统、齿轮箱刹车密封等进行全面维护和优化，并开展结构风险评估，确保吊机运行和操作的本质安全。1液压系统全面治理在服役 15 年后，吊机的液压阀件已存在不同程度的磨损、密封件老化情况，而且液压油、液压管路和液压阀件等在安装和使用过程中产生的污染，影响液压系统的使用寿命和稳定性、可靠性，常规的年检已无法解决这些问题。因此，需要对液压系统进行全面治理。1.1液压阀件拆解维护（1）更换控制油路电磁阀及其密封圈。（2）更换、清洁主副钩和变幅的多路阀。（3）对主副钩组合阀、变幅组合阀、回转组合阀等插装阀进行拆检、清洗，更换受损阀芯，清洗阀块油道。1.2液压系统附属部件换新（1）更换破损的软管、管线接头、接头密封圈等。（2）应急释放装置管线、接头、阀门更换改造，并对管线并重新进行布局。1.3液压系统冲洗（1）在对液压阀件进行全面拆检清洁的基础上，冲洗系统管路，以保证整个系统的清洁度等级，减少液控阀件故障。（2）液压系统冲洗通过专用的冲洗泵站（FE7-300-50-C-S串油冲洗模块）进行，由泵站输出洁净的油液，注入系统多路阀进油口，通过电磁阀操作多路阀换向对管路进行反复冲洗，再通过泵站的过滤器回到泵站。（3）冲洗泵站加注冲洗专用液压油 32#NAS8 约 1400 L。冲洗时，使用 20 m、5 m 和 3 m 的 3 种精度等级的滤芯，对吊机液压系统依次进行 2 h 的冲洗，应达到 NAS9 级（100 mL液压油中的颗粒数量小于 128 000、颗粒尺寸 515 m）相关规范清洁度。2齿轮箱升级改造3 台吊机的主副钩、变幅和回转齿轮箱，其刹车密封为 O 形圈或星形圈，刹车密封频繁窜油导致吊机无法正常运转，因此需要频繁更换齿轮箱刹车缸密封件。2.1齿轮箱刹车密封优化改造改造前，刹车密封使用 O 形圈或星形密封圈，密封槽一个开在连接体（缸体）上，另一个开在活塞上（图 1）。改造后，刹车密封使用格莱圈（O 形圈+活塞密封环），密封槽都开在活塞上，刹车密封两端增加导向带（图 2）。改造前后刹车密封的优缺点见表 1。2.2减速箱结构优化改造措施主要有：对齿轮箱增加过渡花键套，与输入轴分离，以达到增强减速箱的通用性，增强其共享性；改变连接体（缸体）的连接形式，更换油封时从液压马达端进行，而不用从后端盖处进行，以便缩短应急维修时间。摘要：在服役近 15 年后，某海上油田 15 t 吊机进入全生命周期的衰减期，各项性能指标下降，影响日常安全操作。通过液压系统全面治理、齿轮箱改造升级、吊机结构节点监测等措施，解决海上平台老旧吊机故障率高、系统不稳定等问题，并结合有限元模型对结构进行 RBI 风险评估、预测性评估，分析潜在风险，以及时采取干预措施规避安全风险，延长吊机使用寿命，提高系统可靠性稳定性，降低后期维护成本。关键词：吊机；液压系统；齿轮箱；有限元；结构节点中图分类号：TH212；TH213.3文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.05D.48海上油田吊机隐患治理与管理提升实践王瑞，石忠海，陈汝泽（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江524057）图 1改造前刹车密封111设备管理与维修2023 5（下）3吊机结构节点检测通过吊机原始设计数据，利用 ANSYS 软件有限元建模，对3 台吊机主结构进行受力分析，得出结构中的应力集中点，即结构的薄弱点和 NDT（Non-Destructive Testing，无损检测）的关注点，并以此为依据编制出更适合油田吊机的 NDT 技术方案。3.1主体结构建模利用 ANSYS 软件对吊机主结构建模，根据工况载荷和边界条件加载得出工况结果，吊机各部件的有限元分析应力值均满足材料的许用应力要求，综合判定吊机结构强度是安全的。吊臂头部的应力分布云图如图 3 所示。3.2分析薄弱点运用有限元分析结合材料的许用应力值，分析底座、回转平台、三角架及滑轮架、吊臂及滑轮等结构的主要承载焊缝和薄弱点位置。变幅滑轮架应力的分布云图如图 4 所示。3.3NDT 检查方案综合吊机 NDT 计划及以吊机结构薄弱点分析结果，吊机焊缝按常规 NDT 检测录取数据，以此验证应力集中点是否存在潜在疲劳风险。通过有限元分析，表 2 所列焊缝是需重点关注的检测点。4吊机管理成效油田根据吊机使用年限，结合 RBI基于风险评估的设备检验技术，从2017 年开始筹划对 3 台 15 t 对吊机开展全面性维护、优化工作，从吊机陆续维护优化投用使用已接近 2 年，吊机运行平稳无故障，通过全面管理提升取得以下 4 个方面的成效。（1）通过开展液压系统全面治理，检修液压阀件，更换液压管线接头、液压系统冲洗，解决了液压系统跑冒滴漏的问题，并大大提高液压系统可靠性。全面治理前，液压系统维护费用约23.4 万元/年、全面治理投入费用约 45.4 万元/年，治理后维护费用约 10.8 万元/年。（2）通过开展齿轮箱改造升级、液压系统全面治理等管理提升实践，提高了吊机系统的本质安全，降低设备故障率，为油田安全生产及人员货物转运等提供坚实的保障。齿轮箱升级改造前，油田 3台吊机齿轮箱渗漏等故障频发，故障维修次数达到6 次/年，投入的维修费用约 63.6 万元/年。油田利用5 年时间对 3 台吊机进行轮修，平均升级改造费用约 65.2 万元/年，齿轮箱升级改造 3 年内，故障维修图 2改造后刹车密封表 1改造前后刹车密封的优缺点序号改造前改造后1密封槽分别开在连接体上和活塞上，造成活塞安装时缸体上的密封件就已不正或被剪切两道密封槽均开在活塞外圆上，密封先安装在活塞再整体装到缸体上，不会损坏密封件2活塞安装定位不准，磨损粉末颗粒进入刹车密封件，缩短密封件寿命增加导向带起导向作用，隔离磨损粉末颗粒进入刹车密封件3密封件为星形密封圈和螺旋挡圈，适用温度变化范围较窄，摩擦因数较高密封件为格莱圈，由 O 形圈和活塞密封环组成，适用温度变化范围较宽，摩擦因数很小图 3吊臂头部应力分布云图序号 零件名称对应薄弱点1底座法兰板与筒体板间焊缝2回转平台龙骨板与底板间的焊缝3三角架加强环与滑轮板间的焊缝4吊臂耳板与支座连接板间的焊缝；吊臂主管与连接法兰间的焊缝表 2吊机主要结构应力薄弱点图 4变幅滑轮架应力分布云图112设备管理与维修2023 5（下）次数为零，每年仅需进行一次预防性维护，费用约 14.6 万元。（3）通过吊机结构节点检测，结合有限元模型对结构进行RBI 风险评估，进行预测性评估，分析潜在的风险，及时采取干预措施，规避安全风险，提高了吊机系统的可靠性和稳定性，降低后期维护成本，预测未来五年内吊机系统会处于平稳期，将在实际应用中逐步验证。上述实践案例证明，全面管理提升取得了良好的成效，具有广泛的推广价值。参考文献1任全彬，蔡体敏，王荣乔，等.橡胶 O 形密封圈结构参数和失效准则研究 J.固体火箭技术，2006（1）：9-14.2张强.液压换向阀阀芯故障浅析 J.流体传动与控制，2006（2）：46-48.3罗如岗.华南吊机齿轮箱的密封改进 J.船海工程，2015，44（5）：28-30.4黄兴，蔡琦.液压油对密封件性能的影响 J.液压气动与密封，2004（5）：14-16.编辑吴建卿0引言现阶段火力发电依然是我国主要的发电形式，大量的煤炭供应着火电厂用来发电和发热。随着科技的发展，大型挖掘设备在露天采矿中被广泛使用，用来保障煤炭生产。在高强度的作业过程中电铲难免会出现突发故障，发生故障时需要投入更多的时间和成本来抢修，在此过程中会增加更多的安全隐患。2018 年年底，神华北电矿公司的采掘设备陆续安装了远程监测设备和传输设备，可以在车间远程监测设备的运行情况，及时发现设备异常，提前停机处理，起到远程“把脉”的作用。远程监测技术的应用，既减少了抢修过程中的安全隐患，又提高了设备的效率。1露天矿采掘设备维修背景太原重工制造的 WK-35 型电铲，在神华北电胜利能源有限公司年产 2000 万吨级大型露天煤矿作业中广泛使用，承担了大部分的生产任务。电铲连续作业过程中会出现各种故障，故障发生后由电铲司机首先通过对讲机向露天矿调度室进行汇报，由露天矿调度室通知维修中心调度室，由维修中心调度室对承修该设备的班组进行任务分配，再由该班长将维修任务分配给作业人员并进行安全告知，设备故障情况经过 4 个人的传递，到达第 5 个维修人员时经常出现内容失真现象。维修人员驾驶矿内维修车辆由维修车间到达设备作业现场需要行驶 48 km，并且出于安全考虑，要求车速必须低于40 km/h，致使到达维修现场需要 20 min 左右。维修人员到达现场后进行安全防护措施，与司机沟通并进行设备检查，确定故障点。由于电铲设备配件众多，无法一次性备齐所需配件，有时还需要往返车间取配件至作业现场，平均一次维修需往返两趟，耗时 80 min 左右，加上处理故障时间至少需要 2 h 左右。如果故障发生在夜班作业时，由于采场能见度低，更增加了行车事故隐患。在露天矿的日常生产中，车辆安全一直是管理工作的重中之重。矿用卡车的盲区大，由于生产需要，矿内道路经常进行更改，造成维修指挥车辆和矿用卡车发生事故，因此减少矿内维修指挥车辆来往次数是提高安全性的必要条件之一。在设备维修过程中需要静态检查和动态检查，静态检查过程中设备已经停机，作业人员做好防护措施后进行检查，安全系数较高。在动态检查过程中，由于在设备工作过程中检查零部件振动情况，需要维修人员近距离接触检查，安全系数较低，易发生机械伤害或烫伤。2远程监测系统在 WK-35 型电铲上的应用2.1电铲实时参数模块远程监控系统可分为两个模块，其中电铲实时参数模块是对电铲内部 PLC 进行可视化编程编译，作为集远程编译、监控、传输、控制、记录于一体的功能模块，在故障发生后可以引导维修人员在二维图形化界面上一键远程诊断故障，在三维真实场景中迅速定位故障点，可以在维修前做好配件、技术资料等前期准备工作，减少采场与维修班组的往返次数，降低指挥车驾驶、设备故障排查时带来的安全隐患，提高设备维修效率。近年来，实时参数监控模块根据现场使用的需求，随时调整、增加相关程序，完善细节，目前可达到 90%以上已知电气故障的远程一键诊断能力，连续 3 年实现了电气故障处理时间30%以上的降幅，大大减少了故障处理难度和维修指挥车辆往摘要：大型露天煤矿作业广泛使用 WK-35 型电铲进行土方剥离和采煤工作，在维修电铲的过程中，不论是驾驶指挥车至作业现场还是维修作业过程，都存在很多安全隐患。远程监测技术的应用，减少维修作业次数，提高了安全系数，使维修更加准确高效。并且通过对设备参数的监测，可以提高设备的安全性能，减少火灾隐患。关键词：电铲；露天煤矿；远程监测中图分类号：TD422文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.05D.49远程监测技术在电铲安全生产中的实践与应用王柏春，高方欣（神华北电胜利能源有限公司，内蒙古锡林郭勒026015）113