新型可拆卸式低溫旋轉(zhuǎn)接頭的研究與設(shè)計

尚延偉 姚貴昌 王萬海 馬 瑞

連云港杰瑞自動化有限公司， 江蘇 連云港 222006

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新型可拆卸式低溫旋轉(zhuǎn)接頭的研究與設(shè)計

尚延偉 姚貴昌 王萬海 馬 瑞

連云港杰瑞自動化有限公司， 江蘇 連云港 222006

傳統(tǒng)一體式低溫旋轉(zhuǎn)接頭在更換密封圈時需要先將滾珠逐個取下，才能將旋轉(zhuǎn)接頭的旋轉(zhuǎn)外殼和旋轉(zhuǎn)軸分開，但由于密封圈內(nèi)部彈簧的張緊力傳遞到滾珠和旋轉(zhuǎn)軸及旋轉(zhuǎn)外殼的滾道上，很難將滾珠取出，造成密封圈更換困難。新型可拆卸式低溫旋轉(zhuǎn)接頭，采用旋轉(zhuǎn)外殼與滾珠滾道分離的結(jié)構(gòu)形式，可快速拆卸旋轉(zhuǎn)外殼和旋轉(zhuǎn)軸，不必將滾珠取出即可更換內(nèi)部密封圈，提高旋轉(zhuǎn)接頭密封圈更換效率，減少停機維護時間。

低溫旋轉(zhuǎn)接頭；可拆卸；液化天然氣；結(jié)構(gòu)設(shè)計

0 前言

低溫旋轉(zhuǎn)接頭是LNG裝車[1]鶴管中的關(guān)鍵部件，要求在-196 ℃低溫環(huán)境[2]下無泄漏，并保證旋轉(zhuǎn)順暢，為了達到上述要求，首先在旋轉(zhuǎn)對接部分采用了端面密封和徑向密封的兩級密封形式；其次在旋轉(zhuǎn)接頭內(nèi)部輔助氮氣循環(huán)，置換旋轉(zhuǎn)接頭內(nèi)部的空氣，并將熱量傳遞到外界，防止出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)接頭內(nèi)部結(jié)冰以及低溫收縮造成滾珠和滾道卡死[3]，因此旋轉(zhuǎn)接頭需實現(xiàn)對LNG和氮氣雙重密封。低溫旋轉(zhuǎn)接頭的動密封圈一般采用聚四氟乙烯內(nèi)裝特殊彈簧制成的密封圈[4]，但密封圈在使用過程中會產(chǎn)生磨損，加上老化、塑性變形等因素[5]，需要定期更換。傳統(tǒng)的一體式低溫旋轉(zhuǎn)接頭[6]在更換密封圈時需要先取出滾珠才能將旋轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)外殼拆開，取出密封圈操作費時費力，鑒于此，設(shè)計了一種新型可拆卸式低溫旋轉(zhuǎn)接頭，可將滾道和旋轉(zhuǎn)外殼分離，不必取出滾珠即可更換密封圈。

1 低溫旋轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)

1.1 傳統(tǒng)一體式低溫旋轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)

圖1 傳統(tǒng)一體式低溫旋轉(zhuǎn)接頭

傳統(tǒng)一體式低溫旋轉(zhuǎn)接頭，結(jié)構(gòu)見圖1。由于旋轉(zhuǎn)外殼和滾道[7]是一體的，在更換密封圈時需要先將滾珠逐個取出后，才能將旋轉(zhuǎn)外殼和旋轉(zhuǎn)軸分離，因此密封圈更換十分困難。

1.2 新型可拆卸式低溫旋轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)

新型可拆卸式低溫旋轉(zhuǎn)接頭主要由旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)外殼、滾道、滾珠、主密封圈、次密封圈、氮氣密封圈、法蘭、銅墊片等組成，結(jié)構(gòu)見圖2。

新型可拆卸式低溫旋轉(zhuǎn)接頭將旋轉(zhuǎn)外殼和滾道分開制作，利用圓柱銷定位和螺釘固定，圓柱銷定位見圖3，螺釘固定見圖4。由于是低溫工況，銷釘和螺釘?shù)牟馁|(zhì)采用316L不銹鋼，圓柱銷和螺釘處采用銅墊片密封[8]。

圖2 新型可拆卸式低溫旋轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)

圖3 圓柱銷定位

圖4 螺釘固定

新型可拆卸式低溫旋轉(zhuǎn)接頭對LNG密封采用兩級密封，主密封采用端面旋轉(zhuǎn)密封，次密封采用軸用旋轉(zhuǎn)密封，氮氣密封采用端面旋轉(zhuǎn)密封。密封圈更換見圖5，首先將新密封圈固定在旋轉(zhuǎn)外殼上，然后再利用圓柱銷和螺釘將其與滾道固定好即可。

新型可拆卸式低溫旋轉(zhuǎn)接頭內(nèi)部設(shè)置一整圈氮氣通道[9]，利用氮氣循環(huán)將熱量帶出。兩側(cè)的法蘭采用螺釘將其固定在旋轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)外殼上，中間使用金屬纏繞墊進行密封。

圖5 密封圈更換

2 新型可拆卸式低溫旋轉(zhuǎn)接頭技術(shù)特點

新型可拆卸式低溫旋轉(zhuǎn)接頭將旋轉(zhuǎn)外殼和滾道采用徑向分離，形成孔軸配合的結(jié)構(gòu)形式[10]，并采用銷釘定位和螺釘緊固的方式，結(jié)構(gòu)可靠，裝拆方便。

新型可拆卸式低溫旋轉(zhuǎn)接頭LNG密封部位采用端面旋轉(zhuǎn)密封和軸用旋轉(zhuǎn)密封兩種密封方式[11]，密封效果更好，可靠性更高。

新型可拆卸式低溫旋轉(zhuǎn)接頭使用了3個帶彈簧的密封圈和一些銅墊片。相對于現(xiàn)有的其他類型低溫旋轉(zhuǎn)接頭[12]，密封圈使用數(shù)量少，可以降低旋轉(zhuǎn)接頭成本。

傳統(tǒng)一體式低溫旋轉(zhuǎn)接頭30個滾珠取放和密封圈更換需要8h完成，而新型可拆卸式低溫旋轉(zhuǎn)接頭不必取放滾珠，可在1h內(nèi)完成密封圈更換。新結(jié)構(gòu)大大縮短了密封圈更換工時，提高了效率，縮短了裝車橇停機時間，對預(yù)防LNG的泄漏[13]起到了重要作用。

3 結(jié)論

對傳統(tǒng)一體式低溫旋轉(zhuǎn)接頭進行了優(yōu)化設(shè)計，針對密封圈更換困難的問題，提出了旋轉(zhuǎn)外殼和滾道獨立、并采用徑向圓柱銷定位和螺釘固定的新型低溫旋轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)，在不取出滾珠的情況下即可快速更換密封圈，縮短了LNG終端接收站停工時間。

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磨溪龍王廟組氣藏開發(fā)創(chuàng)十項國內(nèi)第一

2015年11月19～22日，磨溪龍王廟組氣藏的008—6—X1等5口井陸續(xù)投產(chǎn)，由此，中國石油西南油氣田公司增加430×104m3/d產(chǎn)氣能力。這罕見的投產(chǎn)節(jié)奏、增產(chǎn)幅度，與磨溪龍王廟組氣藏開發(fā)創(chuàng)造的十項國內(nèi)第一密不可分。

2012年9月，中國石油西南油氣田公司組織鉆探磨溪8井，發(fā)現(xiàn)磨溪龍王廟組氣藏；2013年11月，完成地質(zhì)研究，鉆井等勘探作業(yè)。經(jīng)國土資源部審查，探明地質(zhì)儲量4 403.83×108m3，為國內(nèi)迄今最大的單位海相整裝氣藏。

磨溪龍王廟組氣藏是國內(nèi)寒武系地層發(fā)現(xiàn)的第一個特大氣藏，實踐中首創(chuàng)的古老碳酸鹽巖天然氣地質(zhì)理論和勘探開發(fā)工程技術(shù)，對開辟國內(nèi)天然氣開發(fā)新領(lǐng)域有重要的指導(dǎo)作用。

磨溪龍王廟組氣藏，地跨四川省遂寧市、重慶市潼南縣等地，中國石油西南油氣田公司大擔(dān)探索“高產(chǎn)井培育“新技術(shù)，為國內(nèi)第一個開發(fā)井全部是大斜度井或水平井的氣藏。截至2015年11月22日，鉆成開發(fā)井21口，單井平均測試日產(chǎn)量達164×104m2，居國內(nèi)含硫氣藏之首。

從2012年9月發(fā)現(xiàn)磨溪龍王廟組氣藏，到2015年10月建成年產(chǎn)能110×108m3天然氣的設(shè)計規(guī)模，歷時37個月，速度為國內(nèi)大型氣藏開發(fā)之最。在諸多提速措施中，凈化裝置、采輸氣站建設(shè)全部實現(xiàn)“橇裝化”發(fā)揮了關(guān)鍵作用，即“模塊化”設(shè)計、“工廠化”制造，再運送工地“搭積木”組裝，這在國內(nèi)也是第一次。

開發(fā)磨溪龍王廟組氣藏，氣井、管道、凈化裝置的全部技術(shù)參數(shù)匯集在計算機系統(tǒng)中，全氣藏一個生產(chǎn)調(diào)控中心，單井站無人值守，員工分頭巡檢。生產(chǎn)指揮、技術(shù)人員站在調(diào)控中心大廳，能看到各重要部位的實時數(shù)據(jù)、現(xiàn)場動態(tài)；生產(chǎn)發(fā)生異常狀況，計算機系統(tǒng)能自動連鎖報警并緊急停產(chǎn)。

磨溪龍王廟組氣藏開發(fā)為國內(nèi)特大氣藏開發(fā)樹立了“互聯(lián)網(wǎng)+天然氣生產(chǎn)”的新樣板。

(王 路 摘自《四川石油報》)

2015-06-30

尚延偉(1984-)，男，江蘇連云港人，助理工程師，學(xué)士，主要從事能源裝卸設(shè)備的設(shè)計與研發(fā)工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2015.06.020