降低壓縮機潤滑油系統消耗研究

祁順仁 鐘 躍 丁洪坤 黃 成 劉亞森 周 洋 安 璐

中國石油塔里木油田公司開發事業部, 新疆 庫爾勒 841000

0 前言

往復式天然氣壓縮機作為現有使用最廣泛的一種壓縮機,在天然氣處理行業中具有重要地位。目前，中國石油塔里木油田公司開發事業部某天然氣處理站4臺往復式壓縮機負責低壓天然氣的增壓工作,壓縮機型號為ZTY 470,功率470 kW,處理量80 000 m3/d。往復式壓縮機潤滑系統中的潤滑油通過高架油箱向曲軸箱和注油器供油，給曲軸箱供油每臺每次約300 L,曲軸箱內的潤滑油使用2 000 h后,經化驗,其運動黏度、灰分、金屬碎屑含量等指標不合格[1],按設計規定需對曲軸箱內300 L潤滑油進行更換,待曲軸箱內的潤滑油泄油完畢后,再打開高架油箱到曲軸箱的供油閥給曲軸箱重新補油,而被使用過的300 L潤滑油只能作為廢油處理;高架油箱給注油器所供潤滑油在注油器提供壓縮機3個動力缸潤滑過程中直接被一次性消耗燒掉[2],無法回收。按設計,每臺往復式壓縮機動力缸消耗潤滑油12.96 L/d,經過換算曲軸箱損耗3.6 L/d。往復式壓縮機潤滑油系統消耗嚴重,潤滑油價格昂貴,因此生產成本較高。

1 研究探索

為實現油田降本增效,中國石油塔里木油田公司開發事業部準備研究一種解決壓縮機潤滑油系統消耗嚴重問題的新方法。既然去曲軸箱和去注油器動力缸的潤滑油為同型號(美孚801),可以考慮通過改造,實現以下串聯流程:高架油箱→曲軸箱→注油器→動力缸,改變現有潤滑方式,讓曲軸箱的潤滑油從封閉狀態變為動態更新狀態,提高潤滑油使用效率,減少油品消耗，見圖1。一方面可降低操作工加潤滑油時的勞動強度,另一方面可實現往復式壓縮機潤滑系統的節能降本。但實際現場曲軸箱的油位低于注油器,如何實現將曲軸箱內的潤滑油供應到注油器內是必須要解決的問題。如果可以通過對現有潤滑系統進行改造,改變目前潤滑工藝,研制一種新的曲軸箱供油裝置,就可以實現曲軸箱至注油器的供油[3]。

圖1 現有潤滑方式

根據ZTY壓縮機使用手冊相關數據要求,壓縮機每個動力缸每天損耗潤滑油4.32 L,每臺壓縮機有3個動力缸每天消耗潤滑油12.96 L,理論上如果每天從曲軸箱取出多余12.96 L的潤滑油給3個動力缸,就可滿足3個動力缸每天的潤滑油損耗,而曲軸箱里有300 L潤滑油,完全可以當作動力缸潤滑油源泉。

為實現將曲軸箱內的潤滑油供應到注油器內,提出了三種解決方案。

方案一:現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],實現曲軸箱潤滑油的利用。方案一結構簡單,管線材料來源廣,可利舊,改動小,對機組無影響,可實現對曲軸箱潤滑油的利用。但存在施工難度大,需改造傳動系統,需增加臥軸轉換接頭,要改變2次傳動方向[5]。

方案二:利用曲軸飛濺式潤滑原理[6],曲軸箱頂部設計一個盛接壓縮機曲軸連桿甩出潤滑油的集油裝置,利用液位高度差,實現曲軸箱潤滑油的利用。制作集油裝置材料、管線材料來源廣,可利舊,施工難度小,操作簡單,可操作性強。但改造需在曲軸箱蓋板上打孔,可能對機組運行有一定影響。

方案三:利用外加提升泵,把曲軸箱里的潤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,操作簡單,可操作性強,不改造原機組本體任何部件,風險小,可靠性高。但存在需要消耗電能、控制系統復雜、成本高的問題。

針對這三個方案,從安全性、有效性、可操作性、經濟性四方面進行分析對比,最終選定方案二[8]。

制作曲軸飛濺集油裝置供油,并確保其質量達到優良標準,關鍵控制點在于:集油裝置尺寸的確定,保證曲軸甩出來的油量大于注油器消耗量;集油裝置到注油器管線的材質、規格選擇。

2 方案實施

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

表1 正交試驗

試驗方案長/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試驗結論:方案2、4滿足要求[10],方案4集油裝置比例更加協調,故采用方案4。四種方案實物對比,見圖2；正交實驗結果,見表2。

圖2 四種方案實物對比

表2 正交試驗結果

試驗方案長/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,且鐵板質量輕,易操作,焊接簡單方便。集油裝置采用底面開口,在中間設置集油槽,潤滑油飛濺至集油槽后由油出口連接管連接至注油器,集油裝置結構見圖3。

圖3 集油裝置結構

采用內帶鋼絲的透明膠管作為集油裝置到注油器管線的連接材料,透明膠管材料具有可觀察潤滑油流動情況、耐腐蝕性強、材料來源廣等優點。

2016年5月,中國石油塔里木油田公司開發事業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A的曲軸箱蓋板處,并進行振動檢測,安裝后機組穩定性好,震動小,經現場測定震動值為5.7～8.5 mm/s,比GB/T 7777-2003-T《容積式壓縮機機械振動測量與評價》[11]規定的值18 mm/s小。隨后進行了機組曲軸箱集油器到注油器管線的連接,潤滑油可目視,潤滑油可在管線里充滿,能連續流動。改造完成后,對供油裝置實際接油量進行測定,測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壓縮機操作手冊》規定值12.96 L/d大[12]，滿足要求。

3 實施效果

改造后的伴生氣壓縮機A運行6個月機組各項參數正常,潤滑油滿足潤滑要求,未出現往復式壓縮機無油流停機[13]、注油器濾網堵塞等現象[14],且潤滑油化驗正常[15]。

新制作的供油裝置能使曲軸箱潤滑油被利用,且供油量滿足需要。根據每個動力缸消耗4.32 L/d計算,曲軸箱內潤滑油23 d將會完全自動更新一次,避免了定期更換曲軸箱內潤滑油,減輕了維護工作量。查詢潤滑油消耗臺賬,截止2016年12月底,伴生氣壓縮機A同比節約潤滑油600 L。目前天然氣處理站4臺往復式壓縮機均已使用該技術,經過計算經濟效益可達15萬元/a。

4 結論

通過對壓縮機潤滑油系統消耗的研究,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天然氣處理站壓縮機潤滑油系統進行技術改造,改造后壓縮機運行安全平穩。使潤滑油能自動更新,減少了油品消耗,降本增效顯著,創造性地解決了實際生產中的問題,取得了較好的經濟效益,達到了預期效果,可推廣使用。