油田天然氣壓縮機組在用潤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)測總站，河南 濮陽 457001）

油田天然氣壓縮機組在用潤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)測總站，河南 濮陽 457001）

對一種油田天然氣壓縮機組在用潤滑油開展磨損分析的油液檢測技術(shù)研究，通過多次檢測數(shù)據(jù)，利用線性回歸的數(shù)學(xué)方法，確定該潤滑油的濃度和梯度界限值。同時進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用效果評價，為設(shè)備磨損和故障檢維修提供技術(shù)支持。

天然氣壓縮機組；潤滑油磨損；研究；應(yīng)用

天然氣壓縮機組在運行過程中會產(chǎn)生磨損顆粒，主要磨損顆粒來源于機體、缸套、閥門等部件（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　壓縮機組主要磨損元素來源

潤滑油中金屬元素含量變化蘊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，是準(zhǔn)確診斷設(shè)備磨損狀態(tài)的關(guān)鍵。壓縮機組潤滑油中這些“特征元素”主要有三類：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價。油液檢測的磨損分析只對磨損金屬元素（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)行分析評價。

油液檢測中的磨損分析是對設(shè)備使用的油品定期取樣監(jiān)測，通過分析油品的磨損顆粒變化，來判斷設(shè)備磨損狀況，預(yù)報設(shè)備潤滑磨損故障，指導(dǎo)科學(xué)換油和故障檢維修。

1　磨損元素評價方法研究

潤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油樣進(jìn)行分析評價。所謂界限值，就是采用線性回歸方法對大量油樣監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，得出設(shè)備發(fā)生磨損故障的界限值。檢測數(shù)據(jù)與界限值對照，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元素濃度界限值計算

基準(zhǔn)值Vb按式（1）計算。

式中：Vb——基準(zhǔn)值，單位為㎎/㎏；

i——樣品的編號，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）計算。

式中：VC——警告值，單位為㎎/㎏。

對于有些磨損金屬元素，雖然由光譜分析得到的濃度值沒有超過界限值，但在短時間內(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間內(nèi)磨損元素的濃度變化，即梯度，來表示設(shè)備摩擦副的磨損率。

1.2元素梯度界限值計算

元素梯度值gi按式（5）計算。

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設(shè)備運行時間，單位為h。

梯度基準(zhǔn)值Gb按式（6）計算。

式中：Gb——梯度基準(zhǔn)值；

i——樣品的編號，i=1，2，……n；n——樣品的總數(shù)；

梯度方差σ按式（7）計算。

式中：σ——梯度方差。

元素梯度警告值GW按式（8）計算。

式中：GW——元素梯度警告值。

元素梯度異常值Gf按式（9）計算。

式中：Gf——元素梯度異常值。

1.3分析評價

當(dāng)磨損金屬元素和污染元素實測濃度值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）。

濃度和梯度曲線圖的物理意義：回歸線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)域為危險區(qū)，摩擦副出現(xiàn)異常磨損，檢修人員應(yīng)及時檢查故障隱患。

2　確定磨損元素界限值

油田天然氣壓縮機組型號為2R DSB-1/G3516L，在用潤滑油為805燃?xì)獍l(fā)動機油，對2011～2015年監(jiān)測的938份油田天然氣壓縮機組潤滑油監(jiān)測報告數(shù)據(jù)，通過線性回歸的數(shù)學(xué)處理，采用公式(1)～(9)統(tǒng)計計算，修正后得到磨損金屬元素濃度和梯度界限值，具體見表2～5。

圖1　特征元素濃度（梯度）示意圖

3　現(xiàn)場應(yīng)用

2015年6月9日在油田一增壓站的天然氣壓縮機組運行到689 h時,設(shè)備在用潤滑油監(jiān)測金屬元素銅濃度值異常，超過濃度界限異常值15.5 mg/kg（見圖2）。

同時發(fā)現(xiàn)鐵譜片上有大量的嚴(yán)重滑動磨粒類型[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日對油田一增壓站壓縮機組在用潤滑油進(jìn)行例行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)銅、鉛元素濃度分別為26.5 mg/kg、16.4 mg/kg，單位時間內(nèi)元素磨損變化量超過警戒區(qū)，分析判定壓縮機銅、鉛部件磨損異常。經(jīng)停機拆檢，發(fā)現(xiàn)壓縮機連桿瓦磨損嚴(yán)重，更換后運行良好(見圖3)。

4　結(jié)論

表2　壓縮機磨損金屬和污染元素濃度界限參考值 mg/kg

表3　發(fā)動機磨損金屬和污染元素濃度界限參考值 mg/kg

表4　壓縮機磨損金屬和污染元素梯度界限值 mg/kg·h

通過對潤滑油的油液檢測中磨損分析技術(shù)研究，實現(xiàn)對壓縮機組在用潤滑油由按時換油轉(zhuǎn)變?yōu)榘促|(zhì)換油，正確評價設(shè)備磨損狀態(tài)，定性定量評價磨損故障，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、發(fā)動機在用潤滑油元素評價方法.中原油田.2011.

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

表5　發(fā)動機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