油田天然氣壓縮機(jī)組在用潤(rùn)滑油磨損的研究與應(yīng)用

李哲，楊玉梅，王瀟，王小衛(wèi)，牛建平

（中原油田分公司裝備監(jiān)測(cè)總站，河南 濮陽(yáng) 457001）

油田天然氣壓縮機(jī)組在用潤(rùn)滑油磨損的研究與應(yīng)用

李哲，楊玉梅，王瀟，王小衛(wèi)，牛建平

（中原油田分公司裝備監(jiān)測(cè)總站，河南 濮陽(yáng) 457001）

對(duì)一種油田天然氣壓縮機(jī)組在用潤(rùn)滑油開(kāi)展磨損分析的油液檢測(cè)技術(shù)研究，通過(guò)多次檢測(cè)數(shù)據(jù)，利用線(xiàn)性回歸的數(shù)學(xué)方法，確定該潤(rùn)滑油的濃度和梯度界限值。同時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果評(píng)價(jià)，為設(shè)備磨損和故障檢維修提供技術(shù)支持。

天然氣壓縮機(jī)組；潤(rùn)滑油磨損；研究；應(yīng)用

天然氣壓縮機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生磨損顆粒，主要磨損顆粒來(lái)源于機(jī)體、缸套、閥門(mén)等部件（表1）[1]，磨損顆粒的形態(tài)、大小、數(shù)量變化與磨損故障息息相關(guān)。

表1　壓縮機(jī)組主要磨損元素來(lái)源

潤(rùn)滑油中金屬元素含量變化蘊(yùn)含著摩擦副磨損狀態(tài)信息，把這些信息正確全面地提取出來(lái)，是準(zhǔn)確診斷設(shè)備磨損狀態(tài)的關(guān)鍵。壓縮機(jī)組潤(rùn)滑油中這些“特征元素”主要有三類(lèi)：磨損金屬元素、污染元素和添加劑元素，其中添加劑元素不作評(píng)價(jià)。油液檢測(cè)的磨損分析只對(duì)磨損金屬元素（鐵、鉻、鉛、銅、錫、鋁、鎳、鋇）和污染元素（硅、鈉、硼）共11種特征元素進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

油液檢測(cè)中的磨損分析是對(duì)設(shè)備使用的油品定期取樣監(jiān)測(cè)，通過(guò)分析油品的磨損顆粒變化，來(lái)判斷設(shè)備磨損狀況，預(yù)報(bào)設(shè)備潤(rùn)滑磨損故障，指導(dǎo)科學(xué)換油和故障檢維修。

1　磨損元素評(píng)價(jià)方法研究

潤(rùn)滑油中特征元素濃度值的大小與設(shè)備摩擦副磨損量有直接關(guān)系，通常用濃度界限值對(duì)油樣進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。所謂界限值，就是采用線(xiàn)性回歸方法對(duì)大量油樣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出設(shè)備發(fā)生磨損故障的界限值。檢測(cè)數(shù)據(jù)與界限值對(duì)照，可直觀地了解設(shè)備所處的磨損狀態(tài)是正常、警告還是異常。

1.1元素濃度界限值計(jì)算

基準(zhǔn)值Vb按式（1）計(jì)算。

式中：Vb——基準(zhǔn)值，單位為㎎/㎏；

i——樣品的編號(hào)，i=1，2，……n；

n——樣品的總數(shù)；

Fi——正常樣本。

警告值VW按式（2）、式（3）計(jì)算。

式中：VW——警告值，單位為㎎/㎏；

S——樣本標(biāo)準(zhǔn)方差。

異常值Vc按式（4）計(jì)算。

式中：VC——警告值，單位為㎎/㎏。

對(duì)于有些磨損金屬元素，雖然由光譜分析得到的濃度值沒(méi)有超過(guò)界限值，但在短時(shí)間內(nèi)該元素濃度值急劇增加，是設(shè)備摩擦副將要發(fā)生異常磨損的征兆，因此必須考慮單位時(shí)間內(nèi)磨損元素的濃度變化，即梯度，來(lái)表示設(shè)備摩擦副的磨損率。

1.2元素梯度界限值計(jì)算

元素梯度值gi按式（5）計(jì)算。

式中：gi——元素梯度值；

yi，y(i+1)——相鄰兩次油樣中元素的濃度值，單位為㎎/㎏；

xi，x(i+1)——相鄰兩次油樣采集時(shí)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，單位為h。

梯度基準(zhǔn)值Gb按式（6）計(jì)算。

式中：Gb——梯度基準(zhǔn)值；

i——樣品的編號(hào)，i=1，2，……n；n——樣品的總數(shù)；

梯度方差σ按式（7）計(jì)算。

式中：σ——梯度方差。

元素梯度警告值GW按式（8）計(jì)算。

式中：GW——元素梯度警告值。

元素梯度異常值Gf按式（9）計(jì)算。

式中：Gf——元素梯度異常值。

1.3分析評(píng)價(jià)

當(dāng)磨損金屬元素和污染元素實(shí)測(cè)濃度值Fi＜VW,或梯度值gi＜GW，該濃度（或梯度）為正常值；當(dāng)VW≤Fi＜Vc,或GW≤gi＜Gf，為警告值；當(dāng)Fi≥Vc,或gi≥Gf，為異常值（如圖1）。

濃度和梯度曲線(xiàn)圖的物理意義：回歸線(xiàn)A和B之間以及A以下的區(qū)間是安全區(qū)，設(shè)備可照常運(yùn)行；B和σ之間為警告區(qū)，檢修人員應(yīng)給予密切注視；σ以上區(qū)域?yàn)槲ｋU(xiǎn)區(qū)，摩擦副出現(xiàn)異常磨損，檢修人員應(yīng)及時(shí)檢查故障隱患。

2　確定磨損元素界限值

油田天然氣壓縮機(jī)組型號(hào)為2R DSB-1/G3516L，在用潤(rùn)滑油為805燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)油，對(duì)2011～2015年監(jiān)測(cè)的938份油田天然氣壓縮機(jī)組潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)，通過(guò)線(xiàn)性回歸的數(shù)學(xué)處理，采用公式(1)～(9)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，修正后得到磨損金屬元素濃度和梯度界限值，具體見(jiàn)表2～5。

圖1　特征元素濃度（梯度）示意圖

3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2015年6月9日在油田一增壓站的天然氣壓縮機(jī)組運(yùn)行到689 h時(shí),設(shè)備在用潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)金屬元素銅濃度值異常，超過(guò)濃度界限異常值15.5 mg/kg（見(jiàn)圖2）。

同時(shí)發(fā)現(xiàn)鐵譜片上有大量的嚴(yán)重滑動(dòng)磨粒類(lèi)型[2]的銅金屬磨損顆粒。檢修發(fā)現(xiàn)甩油環(huán)和軸承異常磨損，更換后恢復(fù)正常。

2014年3月11日對(duì)油田一增壓站壓縮機(jī)組在用潤(rùn)滑油進(jìn)行例行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)銅、鉛元素濃度分別為26.5 mg/kg、16.4 mg/kg，單位時(shí)間內(nèi)元素磨損變化量超過(guò)警戒區(qū)，分析判定壓縮機(jī)銅、鉛部件磨損異常。經(jīng)停機(jī)拆檢，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)連桿瓦磨損嚴(yán)重，更換后運(yùn)行良好(見(jiàn)圖3)。

4　結(jié)論

表2　壓縮機(jī)磨損金屬和污染元素濃度界限參考值 mg/kg

表3　發(fā)動(dòng)機(jī)磨損金屬和污染元素濃度界限參考值 mg/kg

表4　壓縮機(jī)磨損金屬和污染元素梯度界限值 mg/kg·h

通過(guò)對(duì)潤(rùn)滑油的油液檢測(cè)中磨損分析技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)組在用潤(rùn)滑油由按時(shí)換油轉(zhuǎn)變?yōu)榘促|(zhì)換油，正確評(píng)價(jià)設(shè)備磨損狀態(tài)，定性定量評(píng)價(jià)磨損故障，為設(shè)備檢維修提供了有效技術(shù)手段。

圖2　金屬元素銅、鉛、錫檢測(cè)數(shù)據(jù)圖

圖3　連桿瓦磨損圖

[1] 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn).Q/SH10250791-2011天然氣壓縮機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)在用潤(rùn)滑油元素評(píng)價(jià)方法.中原油田.2011.

[2] 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn).Q/SH1025 0958-2015天然氣壓縮機(jī)組潤(rùn)滑系統(tǒng)磨損磨粒圖譜分析方法.中原油田.2015.

表5　發(fā)動(dòng)機(jī)磨損金屬和污染元素梯度界限值 mg/kg·h

TE937

B

1671-0711（2016）09（下）-0045-02