新型可拆卸式低溫旋轉(zhuǎn)接頭的研究與設(shè)計(jì)

尚延偉 姚貴昌 王萬海 馬 瑞

連云港杰瑞自動(dòng)化有限公司， 江蘇 連云港 222006

?

新型可拆卸式低溫旋轉(zhuǎn)接頭的研究與設(shè)計(jì)

尚延偉 姚貴昌 王萬海 馬 瑞

連云港杰瑞自動(dòng)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(shí)需要先將滾珠逐個(gè)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(jī)維護(hù)時(shí)間。

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

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(dá)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?dú)庋h(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(shí)現(xiàn)對LNG和氮?dú)怆p重密封。低溫旋轉(zhuǎn)接頭的動(dòng)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(huì)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(shí)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(fèi)時(shí)費(fèi)力，鑒于此，設(shè)計(jì)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(shí)需要先將滾珠逐個(gè)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?dú)饷芊馊Α⒎ㄌm、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?dú)饷芊獠捎枚嗣嫘D(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?dú)馔ǖ繹9]，利用氮?dú)庋h(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(jìn)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(diǎn)

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(gè)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(gè)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(shí)，提高了效率，縮短了裝車橇停機(jī)時(shí)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(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，針對密封圈更換困難的問題，提出了旋轉(zhuǎn)外殼和滾道獨(dú)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(shí)間。

[1] 賀 耿，王 正，包光磊.LNG槽車裝車系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)[J].天然氣與石油,2012,30(4):11-14.HeGeng,WangZheng,BaoGuanglei.TechnicalCharacteristicofLNGTruckLoadingSystem[J].NaturalGasandOil, 2012, 30 (4): 11-14.

[2] 熊光德，毛云龍.LNG的儲存和運(yùn)輸[J].天然氣與石油,2005,23(2):17-20.XiongGuangde,MaoYunlong.LNGStorageandTransportation[J].NatureGasandOil, 2005, 23 (2): 17-20.

[3] 程 峰.旋轉(zhuǎn)接頭故障分析與處理[J].通用機(jī)械,2005,25(1):50-51.ChengFeng.FailureAnalysisandCountermeasureforRotationJoint[J].GeneralMachinery, 2005, 25 (1): 50-51.

[4] 邱永福.聚四氟乙烯在流體密封中的應(yīng)用[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2005,26(3):50-53.QiuYongfu.ApplicationofPTFEinFluidSealing[J].Petro-ChemicalEquipmentTechnology, 2005, 26 (3): 50-53.

[5] 王愛民，高 衛(wèi).旋轉(zhuǎn)接頭泄漏分析與改造[J].液壓與氣動(dòng),2006,15(8):82-83.WangAimin,GaoWei.TheLeakageAnalysisandImprovementoftheSwivelJoint[J].ChineseHydraulics&Pneumatics, 2006, 15 (8): 82-83.

[6] 宋 坤，衣 鵬，胡賢文.LNG槽車裝車橇應(yīng)用和國產(chǎn)化進(jìn)程[J].天然氣與石油，2013,31(3):5-9.SongKun,YiPeng,HuXianwen.ApplicationofSkid-mountedLNGTankerLoadingFacilityandItsLocalizationProgress[J].NaturalGasandOil, 2013, 31 (3): 5-9.

[7] 徐建寧，屈文濤，趙 寧.滾動(dòng)軸承的溫度場和熱變形分析[J].軸承,2006,(5):1-3.XuJianning,QuWentao,ZhaoNing.AnalysisonTemperatureFieldandThermalDeformationofRollingBearings[J].Bearing, 2006, (5): 1-3.

[8] 朱 斌，朱 路，林建華，等.機(jī)械密封用碳石墨環(huán)現(xiàn)狀與展望[J].流體機(jī)械,2012,40(3):40-43.ZhuBin,ZhuLu,LinJianhua,etal.CurrentSituationandProspectofCarbonGraphiteRingforMechanicalSeal[J].FluidMachinery, 2012, 40 (3): 40-43.

[9] 沈光林.氮?dú)庠谟吞锷a(chǎn)中的應(yīng)用[J].特種油氣藏,2005,12(4):100-102.ShenGuanglin.ApplicationofNitrogeninOilfieldsProduction[J].SpecialOilandGasReservoirs, 2005, 12 (4): 100-102.

[10] 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2006.PuLianggui,JiMinggang.MechanicalDesign[M].Beijing:HigherEducationPress, 2006.

[11] 吳曉元，陳忠基，徐廣普，等.旋轉(zhuǎn)接頭的密封失效形式及防治方法研究[J].冶金設(shè)備,1997,23(3):20-25.WuXiaoyuan,ChenZhongji,XuGuangpu,etal.StudyontheFailureFormsandImprovementWaysofRotatingUnion[J].MetallurgicalEquipment, 1997, 23 (3): 17-20.

[12] 杜光能.LNG終端接收站工藝及設(shè)備[J].天然氣工業(yè),1999,19(5):82-86.DuGuangneng.ProcessandEquipmentofLNGTerminalReceivingStation[J].NaturalGasIndustry, 1999, 19 (5): 82-86.

[13] 林素輝，何 鋒.液化天然氣接收站LNG的泄漏與預(yù)防[J].天然氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2011,5(增刊1):92-93.LinSuhui,HeFeng.LeakageandPreventioninLNGReceivingStation[J].NaturalGasTechnologyandEconomy, 2011, 5 (Suppl1): 92-93.

磨溪龍王廟組氣藏開發(fā)創(chuàng)十項(xiàng)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(xiàng)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(gè)特大氣藏，實(shí)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(gè)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(dá)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(jì)規(guī)模，歷時(shí)37個(gè)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(shí)現(xiàn)“橇裝化”發(fā)揮了關(guān)鍵作用，即“模塊化”設(shè)計(jì)、“工廠化”制造，再運(yùn)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，全氣藏一個(gè)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場動(dòng)態(tài)；生產(chǎn)發(fā)生異常狀況，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能自動(dòng)連鎖報(bào)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(bào)》)

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(jì)與研發(fā)工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2015.06.020