祁順仁 鐘 躍 丁洪坤 黃 成 劉亞森 周 洋 安 璐

中國石油塔里木油田公司開發(fā)事業(yè)部, 新疆 庫爾勒 841000

0 前言

往復(fù)式天然氣壓縮機作為現(xiàn)有使用最廣泛的一種壓縮機,在天然氣處理行業(yè)中具有重要地位。目前，中國石油塔里木油田公司開發(fā)事業(yè)部某天然氣處理站4臺往復(fù)式壓縮機負責(zé)低壓天然氣的增壓工作,壓縮機型號為ZTY 470,功率470 kW,處理量80 000 m3/d。往復(fù)式壓縮機潤滑系統(tǒng)中的潤滑油通過高架油箱向曲軸箱和注油器供油，給曲軸箱供油每臺每次約300 L,曲軸箱內(nèi)的潤滑油使用2 000 h后,經(jīng)化驗,其運動黏度、灰分、金屬碎屑含量等指標不合格[1],按設(shè)計規(guī)定需對曲軸箱內(nèi)300 L潤滑油進行更換,待曲軸箱內(nèi)的潤滑油泄油完畢后,再打開高架油箱到曲軸箱的供油閥給曲軸箱重新補油,而被使用過的300 L潤滑油只能作為廢油處理;高架油箱給注油器所供潤滑油在注油器提供壓縮機3個動力缸潤滑過程中直接被一次性消耗燒掉[2],無法回收。按設(shè)計,每臺往復(fù)式壓縮機動力缸消耗潤滑油12.96 L/d,經(jīng)過換算曲軸箱損耗3.6 L/d。往復(fù)式壓縮機潤滑油系統(tǒng)消耗嚴重,潤滑油價格昂貴,因此生產(chǎn)成本較高。

1 研究探索

為實現(xiàn)油田降本增效,中國石油塔里木油田公司開發(fā)事業(yè)部準備研究一種解決壓縮機潤滑油系統(tǒng)消耗嚴重問題的新方法。既然去曲軸箱和去注油器動力缸的潤滑油為同型號(美孚801),可以考慮通過改造,實現(xiàn)以下串聯(lián)流程:高架油箱→曲軸箱→注油器→動力缸,改變現(xiàn)有潤滑方式,讓曲軸箱的潤滑油從封閉狀態(tài)變?yōu)閯討B(tài)更新狀態(tài),提高潤滑油使用效率,減少油品消耗，見圖1。一方面可降低操作工加潤滑油時的勞動強度,另一方面可實現(xiàn)往復(fù)式壓縮機潤滑系統(tǒng)的節(jié)能降本。但實際現(xiàn)場曲軸箱的油位低于注油器,如何實現(xiàn)將曲軸箱內(nèi)的潤滑油供應(yīng)到注油器內(nèi)是必須要解決的問題。如果可以通過對現(xiàn)有潤滑系統(tǒng)進行改造,改變目前潤滑工藝,研制一種新的曲軸箱供油裝置,就可以實現(xiàn)曲軸箱至注油器的供油[3]。

圖1 現(xiàn)有潤滑方式

根據(jù)ZTY壓縮機使用手冊相關(guān)數(shù)據(jù)要求,壓縮機每個動力缸每天損耗潤滑油4.32 L,每臺壓縮機有3個動力缸每天消耗潤滑油12.96 L,理論上如果每天從曲軸箱取出多余12.96 L的潤滑油給3個動力缸,就可滿足3個動力缸每天的潤滑油損耗,而曲軸箱里有300 L潤滑油,完全可以當作動力缸潤滑油源泉。

為實現(xiàn)將曲軸箱內(nèi)的潤滑油供應(yīng)到注油器內(nèi),提出了三種解決方案。

方案一:現(xiàn)有注油器位置和曲軸箱持平,把注油器下移,利用液位高度差[4],實現(xiàn)曲軸箱潤滑油的利用。方案一結(jié)構(gòu)簡單,管線材料來源廣,可利舊,改動小,對機組無影響,可實現(xiàn)對曲軸箱潤滑油的利用。但存在施工難度大,需改造傳動系統(tǒng),需增加臥軸轉(zhuǎn)換接頭,要改變2次傳動方向[5]。

方案二:利用曲軸飛濺式潤滑原理[6],曲軸箱頂部設(shè)計一個盛接壓縮機曲軸連桿甩出潤滑油的集油裝置,利用液位高度差,實現(xiàn)曲軸箱潤滑油的利用。制作集油裝置材料、管線材料來源廣,可利舊,施工難度小,操作簡單,可操作性強。但改造需在曲軸箱蓋板上打孔,可能對機組運行有一定影響。

方案三:利用外加提升泵,把曲軸箱里的潤滑油輸送到注油器入口[7]。方案三的輸送量容易控制,施工難度小,操作簡單,可操作性強,不改造原機組本體任何部件,風(fēng)險小,可靠性高。但存在需要消耗電能、控制系統(tǒng)復(fù)雜、成本高的問題。

針對這三個方案,從安全性、有效性、可操作性、經(jīng)濟性四方面進行分析對比,最終選定方案二[8]。

制作曲軸飛濺集油裝置供油,并確保其質(zhì)量達到優(yōu)良標準,關(guān)鍵控制點在于:集油裝置尺寸的確定,保證曲軸甩出來的油量大于注油器消耗量;集油裝置到注油器管線的材質(zhì)、規(guī)格選擇。

2 方案實施

集油裝置形狀選擇方形鐵盒,裝置底部與曲軸飛濺式潤滑油接觸面積大,在震動大的曲軸箱蓋板上穩(wěn)定性強,且焊接方便,材料來源廣,工藝簡單,可操作性強。曲軸箱蓋板尺寸為0.8 m×0.8 m,集油裝置的長、寬均需小于0.8 m,為了集油裝置的比例協(xié)調(diào),其長、寬、高選用0.6 m和0.4 m,采用正交試驗法[9]確定最大接油量的集油裝置的長、寬、高尺寸,選用L 4(23)正交表,見表1。

表1 正交試驗

試驗方案長/m寬/m高/m方案11(0.4)1(0.4)1(0.4)方案22(0.6)1(0.4)2(0.6)方案31(0.4)2(0.6)2(0.6)方案42(0.6)2(0.6)1(0.4)

由表1試驗結(jié)論:方案2、4滿足要求[10],方案4集油裝置比例更加協(xié)調(diào),故采用方案4。四種方案實物對比,見圖2；正交實驗結(jié)果,見表2。

圖2 四種方案實物對比

表2 正交試驗結(jié)果

試驗方案長/m寬/m高/m接油量/(L·h-1)接油量/(L·d-1)方案11(0.4)1(0.4)1(0.4)0.5112.24方案22(0.6)1(0.4)2(0.6)0.7818.72方案31(0.4)2(0.6)2(0.6)0.4811.52方案42(0.6)2(0.6)1(0.4)0.8420.16

集油裝置采用普通鐵板制作,材料易得,可修舊利廢,且鐵板質(zhì)量輕,易操作,焊接簡單方便。集油裝置采用底面開口,在中間設(shè)置集油槽,潤滑油飛濺至集油槽后由油出口連接管連接至注油器,集油裝置結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 集油裝置結(jié)構(gòu)

采用內(nèi)帶鋼絲的透明膠管作為集油裝置到注油器管線的連接材料,透明膠管材料具有可觀察潤滑油流動情況、耐腐蝕性強、材料來源廣等優(yōu)點。

2016年5月,中國石油塔里木油田公司開發(fā)事業(yè)部桑南天然氣處理站加工制作了方形鐵盒,將方形鐵盒安裝到伴生氣壓縮機A的曲軸箱蓋板處,并進行振動檢測,安裝后機組穩(wěn)定性好,震動小,經(jīng)現(xiàn)場測定震動值為5.7～8.5 mm/s,比GB/T 7777-2003-T《容積式壓縮機機械振動測量與評價》[11]規(guī)定的值18 mm/s小。隨后進行了機組曲軸箱集油器到注油器管線的連接,潤滑油可目視,潤滑油可在管線里充滿,能連續(xù)流動。改造完成后,對供油裝置實際接油量進行測定,測試供油裝置到注油器接液量為700 mL/h,換算液量為16.8 L/d,比《ZTY 470壓縮機操作手冊》規(guī)定值12.96 L/d大[12]，滿足要求。

3 實施效果

改造后的伴生氣壓縮機A運行6個月機組各項參數(shù)正常,潤滑油滿足潤滑要求,未出現(xiàn)往復(fù)式壓縮機無油流停機[13]、注油器濾網(wǎng)堵塞等現(xiàn)象[14],且潤滑油化驗正常[15]。

新制作的供油裝置能使曲軸箱潤滑油被利用,且供油量滿足需要。根據(jù)每個動力缸消耗4.32 L/d計算,曲軸箱內(nèi)潤滑油23 d將會完全自動更新一次,避免了定期更換曲軸箱內(nèi)潤滑油,減輕了維護工作量。查詢潤滑油消耗臺賬,截止2016年12月底,伴生氣壓縮機A同比節(jié)約潤滑油600 L。目前天然氣處理站4臺往復(fù)式壓縮機均已使用該技術(shù),經(jīng)過計算經(jīng)濟效益可達15萬元/a。

4 結(jié)論

通過對壓縮機潤滑油系統(tǒng)消耗的研究,制作了新型曲軸箱供油裝置,在基本不增加操作成本的條件下對天然氣處理站壓縮機潤滑油系統(tǒng)進行技術(shù)改造,改造后壓縮機運行安全平穩(wěn)。使?jié)櫥湍茏詣痈?減少了油品消耗,降本增效顯著,創(chuàng)造性地解決了實際生產(chǎn)中的問題,取得了較好的經(jīng)濟效益,達到了預(yù)期效果,可推廣使用。