行业

磁浮轴承从容应对考验

在严苛环境下保持透平膨胀机、高速电动机和压缩机的正常运转殊为不易。要开发出能在水下、沙漠和极端温度的环境中可靠运行的设备,采用传统设计难以实现。磁浮轴承作为一项可靠且成熟的技术,能够胜任这种作业任务,但目前尚未得到广泛应用。在挪威海Åsgard海底油气田极为严苛的工况条件下,磁浮轴承的性能得到了充分验证。这些轴承已无故障运行了五年多时间,累计运行90,000小时。

Related Articles

SKF磁浮轴承。

主动磁浮轴承中的电磁铁生成轴向力和径向力,可使轴悬浮,实现无接触旋转。控制系统主动监测并持续调整电磁铁中的电流,将轴保持在所需的位置。这意味着主动磁浮轴承可以在表面没有接触的情况下运行,从而避免了轴承摩擦和磨损,亦无需润滑、维修或更换轴承。

磁浮轴承的这些特性,使其尤为适合能源、石油和天然气等行业的严苛工况。许多磁浮轴承应用于沙特阿拉伯的沙漠、北海钻井平台、北极圈内的西伯利亚油田等全球最恶劣的环境中。

SKF负责油气业务发展的Alexandre Kral表示:“我们的磁浮轴承现已应用于全球750多台透平膨胀机、200台独立式压缩机和150台全封闭式压缩机。此外,燃气轮机、发电机、泵以及更多应用场合也使用这种轴承。”

唯一真正可行的解决方案

就全封闭式压缩机而言,无需干气密封的磁浮轴承是唯一真正可行的解决方案。Kral解释道:“磁浮轴承利用磁场,因此不会出现部件接触或机械磨损的问题。”

没有机械磨损,就基本消除了停机风险。在陆上/海上应用中,只有磁浮轴承控制器需要维护。此外,由于其主要由电子元件、风扇和过滤器组成,需要维护的设备数量大大减少。磁浮轴承的另一项优势是,其控制器比标准油润滑系统更加紧凑,这对于钻井平台、浮式生产储卸油(FPSO)装置等空间狭窄的设施或偏远地区尤其有利。

在Åsgard油气田安装的天然气压缩机。

显著降低能耗

此外,磁浮轴承比油润滑轴承更清洁。由于磁浮轴承省去了复杂的油润滑系统(包括通向润滑油箱的管路以及过滤和冷却系统等),因此可显著降低能耗。Kral说:“磁浮轴承的能耗约为油润滑轴承的十分之一,同时由于设备数量减少,需要跟踪的数据也相应减少,所需空间也得以减小。”

磁浮轴承的能耗约为油润滑轴承的十分之一。SKF负责油气业务发展的Alexandre Kral

Kral指出,尽管磁浮轴承有诸多优点,但对于使用磁浮轴承替代传统的油润滑轴承,许多企业仍犹疑不决。原因之一是使用磁浮轴承的初始成本高一些。

“有些人认为磁浮轴承成本更高昂,确实如此,因为其机械部件、机壳以及机器设计的费用略高一些。”Kral指出:“但由于设备安装简便,上述成本差异基本可以忽略不计。此外,采用磁浮轴承的设备占地面积更小,重量更轻。对于海上平台等应用场合来说,可以减少修建结构体的费用。另外,由于所需的测量工作和设备减少,而且不产生机械磨损,利用率更高,因此在运营成本方面具有显著优势。”

继Åsgard海底项目后,SKF及其合作伙伴将磁浮轴承投入了新的应用场合。Kral说:“Åsgard项目在五年期间里实现了可观的回报,其价值已得到了证明。”

Åsgard海底天然气压缩工厂。

水下马拉松 – “五年磨一剑”

2015年9月,配备SKF磁浮轴承的全球首套海底天然气压缩系统在挪威海的Åsgard油气田投入使用。在服役超过五年,运行90,000小时后,该系统仍然可靠运转,利用率接近100%。

该压缩系统包含两台在水下300米处运行的全封闭式压缩机,SKF磁浮轴承是该系统的核心部件。借助SKF的磁浮轴承技术,这两台高速电机压缩机(7,000 r/min)得以正常运转。

压缩机通常安装于海上平台且高于海平面,而Åsgard项目采用的海床安装方式具有诸多优势,包括提高气田采收率(从50%、60%提高到80%以上),同时减少运营和生产成本。该系统更加环保,占地面积更小且二氧化碳排放减少。

1981年发现的Åsgard油气田是挪威海能源基础设施的重要组成部分,于1999年投产,次年开始出口天然气。在五年时间里,一支由20位SKF工程师组成的专业团队为该项目提供了支持。