降低壓縮機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)消耗研究

祁順仁 鐘 躍 丁洪坤 黃 成 劉亞森 周 洋 安 璐

中國(guó)石油塔里木油田公司開(kāi)發(fā)事業(yè)部, 新疆 庫(kù)爾勒 841000

0 前言

往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)作為現(xiàn)有使用最廣泛的一種壓縮機(jī),在天然氣處理行業(yè)中具有重要地位。目前，中國(guó)石油塔里木油田公司開(kāi)發(fā)事業(yè)部某天然氣處理站4臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)負(fù)責(zé)低壓天然氣的增壓工作,壓縮機(jī)型號(hào)為ZTY 470,功率470 kW,處理量80 000 m3/d。往復(fù)式壓縮機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)中的潤(rùn)滑油通過(guò)高架油箱向曲軸箱和注油器供油，給曲軸箱供油每臺(tái)每次約300 L,曲軸箱內(nèi)的潤(rùn)滑油使用2 000 h后,經(jīng)化驗(yàn),其運(yùn)動(dòng)黏度、灰分、金屬碎屑含量等指標(biāo)不合格[1],按設(shè)計(jì)規(guī)定需對(duì)曲軸箱內(nèi)300 L潤(rùn)滑油進(jìn)行更換,待曲軸箱內(nèi)的潤(rùn)滑油泄油完畢后,再打開(kāi)高架油箱到曲軸箱的供油閥給曲軸箱重新補(bǔ)油,而被使用過(guò)的300 L潤(rùn)滑油只能作為廢油處理;高架油箱給注油器所供潤(rùn)滑油在注油器提供壓縮機(jī)3個(gè)動(dòng)力缸潤(rùn)滑過(guò)程中直接被一次性消耗燒掉[2],無(wú)法回收。按設(shè)計(jì),每臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)動(dòng)力缸消耗潤(rùn)滑油12.96 L/d,經(jīng)過(guò)換算曲軸箱損耗3.6 L/d。往復(fù)式壓縮機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)消耗嚴(yán)重,潤(rùn)滑油價(jià)格昂貴,因此生產(chǎn)成本較高。

1 研究探索

為實(shí)現(xiàn)油田降本增效,中國(guó)石油塔里木油田公司開(kāi)發(fā)事業(yè)部準(zhǔn)備研究一種解決壓縮機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)消耗嚴(yán)重問(wèn)題的新方法。既然去曲軸箱和去注油器動(dòng)力缸的潤(rùn)滑油為同型號(hào)(美孚801),可以考慮通過(guò)改造,實(shí)現(xiàn)以下串聯(lián)流程:高架油箱→曲軸箱→注油器→動(dòng)力缸,改變現(xiàn)有潤(rùn)滑方式,讓曲軸箱的潤(rùn)滑油從封閉狀態(tài)變?yōu)閯?dòng)態(tài)更新?tīng)顟B(tài),提高潤(rùn)滑油使用效率,減少油品消耗，見(jiàn)圖1。一方面可降低操作工加潤(rùn)滑油時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度,另一方面可實(shí)現(xiàn)往復(fù)式壓縮機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的節(jié)能降本。但實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)曲軸箱的油位低于注油器,如何實(shí)現(xiàn)將曲軸箱內(nèi)的潤(rùn)滑油供應(yīng)到注油器內(nèi)是必須要解決的問(wèn)題。如果可以通過(guò)對(duì)現(xiàn)有潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行改造,改變目前潤(rùn)滑工藝,研制一種新的曲軸箱供油裝置,就可以實(shí)現(xiàn)曲軸箱至注油器的供油[3]。

圖1 現(xiàn)有潤(rùn)滑方式

根據(jù)ZTY壓縮機(jī)使用手冊(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)要求,壓縮機(jī)每個(gè)動(dòng)力缸每天損耗潤(rùn)滑油4.32 L,每臺(tái)壓縮機(jī)有3個(gè)動(dòng)力缸每天消耗潤(rùn)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(rùn)滑油給3個(gè)動(dòng)力缸,就可滿(mǎn)足3個(gè)動(dòng)力缸每天的潤(rùn)滑油損耗,而曲軸箱里有300 L潤(rùn)滑油,完全可以當(dāng)作動(dòng)力缸潤(rùn)滑油源泉。

為實(shí)現(xiàn)將曲軸箱內(nèi)的潤(rùn)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(shí)現(xiàn)曲軸箱潤(rùn)滑油的利用。方案一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,管線(xiàn)材料來(lái)源廣,可利舊,改動(dòng)小,對(duì)機(jī)組無(wú)影響,可實(shí)現(xiàn)對(duì)曲軸箱潤(rùn)滑油的利用。但存在施工難度大,需改造傳動(dòng)系統(tǒng),需增加臥軸轉(zhuǎn)換接頭,要改變2次傳動(dòng)方向[5]。

方案二:利用曲軸飛濺式潤(rùn)滑原理[6],曲軸箱頂部設(shè)計(jì)一個(gè)盛接壓縮機(jī)曲軸連桿甩出潤(rùn)滑油的集油裝置,利用液位高度差,實(shí)現(xiàn)曲軸箱潤(rùn)滑油的利用。制作集油裝置材料、管線(xiàn)材料來(lái)源廣,可利舊,施工難度小,操作簡(jiǎn)單,可操作性強(qiáng)。但改造需在曲軸箱蓋板上打孔,可能對(duì)機(jī)組運(yùn)行有一定影響。

方案三:利用外加提升泵,把曲軸箱里的潤(rùn)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(jiǎn)單,可操作性強(qiáng),不改造原機(jī)組本體任何部件,風(fēng)險(xiǎn)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(wèn)題。

針對(duì)這三個(gè)方案,從安全性、有效性、可操作性、經(jīng)濟(jì)性四方面進(jìn)行分析對(duì)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(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn),關(guān)鍵控制點(diǎn)在于:集油裝置尺寸的確定,保證曲軸甩出來(lái)的油量大于注油器消耗量;集油裝置到注油器管線(xiàn)的材質(zhì)、規(guī)格選擇。

2 方案實(shí)施

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

表1 正交試驗(yàn)

試驗(yàn)方案長(zhǎng)/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(yàn)結(jié)論:方案2、4滿(mǎn)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(shí)物對(duì)比,見(jiàn)圖2；正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果,見(jiàn)表2。

圖2 四種方案實(shí)物對(duì)比

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)方案長(zhǎng)/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(jiǎn)單方便。集油裝置采用底面開(kāi)口,在中間設(shè)置集油槽,潤(rùn)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(jiàn)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(xiàn)的連接材料,透明膠管材料具有可觀察潤(rùn)滑油流動(dòng)情況、耐腐蝕性強(qiáng)、材料來(lái)源廣等優(yōu)點(diǎn)。

2016年5月,中國(guó)石油塔里木油田公司開(kāi)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(jī)A的曲軸箱蓋板處,并進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè),安裝后機(jī)組穩(wěn)定性好,震動(dòng)小,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定震動(dòng)值為5.7～8.5 mm/s,比GB/T 7777-2003-T《容積式壓縮機(jī)機(jī)械振動(dòng)測(cè)量與評(píng)價(jià)》[11]規(guī)定的值18 mm/s小。隨后進(jìn)行了機(jī)組曲軸箱集油器到注油器管線(xiàn)的連接,潤(rùn)滑油可目視,潤(rùn)滑油可在管線(xiàn)里充滿(mǎn),能連續(xù)流動(dòng)。改造完成后,對(duì)供油裝置實(shí)際接油量進(jìn)行測(cè)定,測(cè)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(jī)操作手冊(cè)》規(guī)定值12.96 L/d大[12]，滿(mǎn)足要求。

3 實(shí)施效果

改造后的伴生氣壓縮機(jī)A運(yùn)行6個(gè)月機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)正常,潤(rùn)滑油滿(mǎn)足潤(rùn)滑要求,未出現(xiàn)往復(fù)式壓縮機(jī)無(wú)油流停機(jī)[13]、注油器濾網(wǎng)堵塞等現(xiàn)象[14],且潤(rùn)滑油化驗(yàn)正常[15]。

新制作的供油裝置能使曲軸箱潤(rùn)滑油被利用,且供油量滿(mǎn)足需要。根據(jù)每個(gè)動(dòng)力缸消耗4.32 L/d計(jì)算,曲軸箱內(nèi)潤(rùn)滑油23 d將會(huì)完全自動(dòng)更新一次,避免了定期更換曲軸箱內(nèi)潤(rùn)滑油,減輕了維護(hù)工作量。查詢(xún)潤(rùn)滑油消耗臺(tái)賬,截止2016年12月底,伴生氣壓縮機(jī)A同比節(jié)約潤(rùn)滑油600 L。目前天然氣處理站4臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)均已使用該技術(shù),經(jīng)過(guò)計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)15萬(wàn)元/a。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)潤(rùn)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(duì)天然氣處理站壓縮機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造,改造后壓縮機(jī)運(yùn)行安全平穩(wěn)。使?jié)櫥湍茏詣?dòng)更新,減少了油品消耗,降本增效顯著,創(chuàng)造性地解決了實(shí)際生產(chǎn)中的問(wèn)題,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益,達(dá)到了預(yù)期效果,可推廣使用。