降低压缩机润滑油系统消耗研究

时间：2024-11-07

祁顺仁钟跃丁洪坤黄成刘亚森周洋安璐

中国石油塔里木油田公司开发事业部, 新疆库尔勒 841000

0 前言

往复式天然气压缩机作为现有使用最广泛的一种压缩机,在天然气处理行业中具有重要地位。目前，中国石油塔里木油田公司开发事业部某天然气处理站4台往复式压缩机负责低压天然气的增压工作,压缩机型号为ZTY 470,功率470 kW,处理量80 000 m3/d。往复式压缩机润滑系统中的润滑油通过高架油箱向曲轴箱和注油器供油，给曲轴箱供油每台每次约300 L,曲轴箱内的润滑油使用2 000 h后,经化验,其运动黏度、灰分、金属碎屑含量等指标不合格[1],按设计规定需对曲轴箱内300 L润滑油进行更换,待曲轴箱内的润滑油泄油完毕后,再打开高架油箱到曲轴箱的供油阀给曲轴箱重新补油,而被使用过的300 L润滑油只能作为废油处理;高架油箱给注油器所供润滑油在注油器提供压缩机3个动力缸润滑过程中直接被一次性消耗烧掉[2],无法回收。按设计,每台往复式压缩机动力缸消耗润滑油12.96 L/d,经过换算曲轴箱损耗3.6 L/d。往复式压缩机润滑油系统消耗严重,润滑油价格昂贵,因此生产成本较高。

1 研究探索

为实现油田降本增效,中国石油塔里木油田公司开发事业部准备研究一种解决压缩机润滑油系统消耗严重问题的新方法。既然去曲轴箱和去注油器动力缸的润滑油为同型号(美孚801),可以考虑通过改造,实现以下串联流程:高架油箱→曲轴箱→注油器→动力缸,改变现有润滑方式,让曲轴箱的润滑油从封闭状态变为动态更新状态,提高润滑油使用效率,减少油品消耗，见图1。一方面可降低操作工加润滑油时的劳动强度,另一方面可实现往复式压缩机润滑系统的节能降本。但实际现场曲轴箱的油位低于注油器,如何实现将曲轴箱内的润滑油供应到注油器内是必须要解决的问题。如果可以通过对现有润滑系统进行改造,改变目前润滑工艺,研制一种新的曲轴箱供油装置,就可以实现曲轴箱至注油器的供油[3]。

图1 现有润滑方式

根据ZTY压缩机使用手册相关数据要求,压缩机每个动力缸每天损耗润滑油4.32 L,每台压缩机有3个动力缸每天消耗润滑油12.96 L,理论上如果每天从曲轴箱取出多余12.96 L的润滑油给3个动力缸,就可满足3个动力缸每天的润滑油损耗,而曲轴箱里有300 L润滑油,完全可以当作动力缸润滑油源泉。

为实现将曲轴箱内的润滑油供应到注油器内,提出了三种解决方案。

方案一:现有注油器位置和曲轴箱持平,把注油器下移,利用液位高度差[4],实现曲轴箱润滑油的利用。方案一结构简单,管线材料来源广,可利旧,改动小,对机组无影响,可实现对曲轴箱润滑油的利用。但存在施工难度大,需改造传动系统,需增加卧轴转换接头,要改变2次传动方向[5]。

方案二:利用曲轴飞溅式润滑原理[6],曲轴箱顶部设计一个盛接压缩机曲轴连杆甩出润滑油的集油装置,利用液位高度差,实现曲轴箱润滑油的利用。制作集油装置材料、管线材料来源广,可利旧,施工难度小,操作简单,可操作性强。但改造需在曲轴箱盖板上打孔,可能对机组运行有一定影响。

方案三:利用外加提升泵,把曲轴箱里的润滑油输送到注油器入口[7]。方案三的输送量容易控制,施工难度小,操作简单,可操作性强,不改造原机组本体任何部件,风险小,可靠性高。但存在需要消耗电能、控制系统复杂、成本高的问题。

针对这三个方案,从安全性、有效性、可操作性、经济性四方面进行分析对比,最终选定方案二[8]。

制作曲轴飞溅集油装置供油,并确保其质量达到优良标准,关键控制点在于:集油装置尺寸的确定,保证曲轴甩出来的油量大于注油器消耗量;集油装置到注油器管线的材质、规格选择。

2 方案实施

集油装置形状选择方形铁盒,装置底部与曲轴飞溅式润滑油接触面积大,在震动大的曲轴箱盖板上稳定性强,且焊接方便,材料来源广,工艺简单,可操作性强。曲轴箱盖板尺寸为0.8 m×0.8 m,集油装置的长、宽均需小于0.8 m,为了集油装置的比例协调,其长、宽、高选用0.6 m和0.4 m,采用正交试验法[9]确定最大接油量的集油装置的长、宽、高尺寸,选用L 4(23)正交表,见表1。

表1 正交试验

试验方案长/m宽/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试验结论:方案2、4满足要求[10],方案4集油装置比例更加协调,故采用方案4。四种方案实物对比,见图2；正交实验结果,见表2。

图2 四种方案实物对比

表2 正交试验结果

试验方案长/m宽/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

集油装置采用普通铁板制作,材料易得,可修旧利废,且铁板质量轻,易操作,焊接简单方便。集油装置采用底面开口,在中间设置集油槽,润滑油飞溅至集油槽后由油出口连接管连接至注油器,集油装置结构见图3。

图3 集油装置结构

采用内带钢丝的透明胶管作为集油装置到注油器管线的连接材料,透明胶管材料具有可观察润滑油流动情况、耐腐蚀性强、材料来源广等优点。

2016年5月,中国石油塔里木油田公司开发事业部桑南天然气处理站加工制作了方形铁盒,将方形铁盒安装到伴生气压缩机A的曲轴箱盖板处,并进行振动检测,安装后机组稳定性好,震动小,经现场测定震动值为5.7～8.5 mm/s,比GB/T 7777-2003-T《容积式压缩机机械振动测量与评价》[11]规定的值18 mm/s小。随后进行了机组曲轴箱集油器到注油器管线的连接,润滑油可目视,润滑油可在管线里充满,能连续流动。改造完成后,对供油装置实际接油量进行测定,测试供油装置到注油器接液量为700 mL/h,换算液量为16.8 L/d,比《ZTY 470压缩机操作手册》规定值12.96 L/d大[12]，满足要求。

3 实施效果

改造后的伴生气压缩机A运行6个月机组各项参数正常,润滑油满足润滑要求,未出现往复式压缩机无油流停机[13]、注油器滤网堵塞等现象[14],且润滑油化验正常[15]。

新制作的供油装置能使曲轴箱润滑油被利用,且供油量满足需要。根据每个动力缸消耗4.32 L/d计算,曲轴箱内润滑油23 d将会完全自动更新一次,避免了定期更换曲轴箱内润滑油,减轻了维护工作量。查询润滑油消耗台账,截止2016年12月底,伴生气压缩机A同比节约润滑油600 L。目前天然气处理站4台往复式压缩机均已使用该技术,经过计算经济效益可达15万元/a。