往復式天然氣壓縮機漏油問題的治理

王壽海

(中石化石油機械股份有限公司 三機分公司,湖北 武漢 430000)

往復式壓縮機在石油化工、天然氣集輸等領域有著極為廣泛的應用,其主要依靠曲柄連桿機構將電機的機械能轉化為工作介質的內能,從而實現介質的輸送和其他工藝流程的反應。潤滑油系統作為壓縮機組的輔助系統,其對壓縮機的正常運行起著重要作用。

壓縮機往往在前期投入使用階段運行良好,其潤滑系統并未有明顯泄漏產生。當長期運行后,部分機組則會有明顯的漏油現象產生。潤滑油的泄漏,不僅給環境帶來了污染,還產生了一定的經濟損失,故而解決漏油問題對于壓縮機組的維護與保養顯得至關重要。

崔宏偉[1]對離心式壓縮機軸瓦、油封的漏油問題進行了研究,其提出采用可傾軸瓦替代水平剖分結構軸瓦來解決軸瓦漏油。呂文超[2]針對往復式壓縮機曲軸油封漏油提出了兩種解決方案,通過對比分析,最終成功地解決了進口壓縮機長期服役后曲軸油封的漏油。武兆林等人[3-5]從多個角度對大型高轉速透平式壓縮機的漏油部位和原因進行了分析,并提出了相關解決方案。陶明文等人[6-13]對氨壓機、甲烷制冷壓縮機、循環氣壓縮機、空壓機、軸流式壓縮機的漏油問題進行了分析,并提出了漏油的解決方案。

本文基于前人的經驗,對一種往復式天然氣壓縮機潤滑油系統運行過程中存在的漏點進行逐一分析,并根據其泄露的原因提出了相關解決方案,該方案在用戶現場實施后,壓縮機組漏油的問題得到了有效地解決,從而為解決天然氣壓縮機的漏油問題提供了一定的經驗和成果,對于推動往復式天然氣壓縮機的設計優化有一定的借鑒意義。

1 漏油部位及原因分析

壓縮機根據結構形式的不同其潤滑方式可分為:飛濺潤滑、壓力潤滑。飛濺潤滑多用于小型無十字頭壓縮機中。其特點為:氣缸的一面和曲軸箱直接相通,潤滑油通過連桿上的打油桿拍打油面,使得潤滑油飛濺到氣缸壁面上。飛濺潤滑的方式簡單,但是,由于進入氣缸內的潤滑油不能調節,當活塞環制造不良,與氣缸壁接觸不好,或活塞與氣缸之間的間隙過大,刮油環的回油效果不好時,將使得系統的耗油量顯著增加。耗油量的增加,不僅造成浪費,也會對氣閥的正常工作產生影響,還會形成積碳。故而在大型的壓縮機組中,一般不采用這種潤滑方式。壓力潤滑多用在中型、大型有十字頭的壓縮機中。和飛濺潤滑相比,其具有注油量可調節等諸多優點,因而壓力潤滑有著廣泛的應用。

往復式天然氣壓縮機的潤滑系統為壓力潤滑方式,其主要有兩部分組成:1)曲柄連桿機構的潤滑;2)氣缸、填料的潤滑。曲柄連桿機構采用一個內置的主油泵和一個外置的預潤滑油泵進行不間斷地循環供油系統,潤滑油通過油泵增壓,經過油冷器、過濾器的處理后,在最佳工況點處進入曲軸中心油孔、軸瓦、連桿、十字頭。潤滑油在各摩擦副的接觸面上形成一層均勻的油膜,從而保證各摩擦副的良好潤滑,避免零部件的磨損發生。氣缸、填料的潤滑為一種“全損耗”系統,其通過正排量的柱塞泵給分配閥注油,分配閥將潤滑油按比例分配至氣缸和填料的相關部位,從而實現氣缸、填料的潤滑。

主油泵為曲軸上主、從動齒輪嚙合傳動的形式進行傳動,其在機組運行過程中對潤滑系統進行循環供油。外置的預潤滑油泵為機組啟、停機過程中對系統的補充潤滑,從而保證機組在整個運行狀態中,始終處于良好的潤滑狀態。

保持往復式天然氣壓縮機組的良好潤滑對于設備的可靠性起著重要作用,而機組潤滑油的良好密封是保證潤滑油系統安全、環保運行的關鍵。隨著機組長時間運行,潤滑系統有泄露發生,潤滑油的泄露一方面增加了機組的油耗,增加了生產運行成本,另一方面,也會給環境帶來巨大的污染,故而解決壓縮機的漏油問題顯得尤為迫切。本文就潤滑油系統中幾處常見的泄漏問題展開分析,并綜合其漏油的原因給出了解決方案,該方案經過現場驗證,具有較好的效果。

1.1 油封漏油

某小型往復式壓縮機組,其轉速為:1 000～1 800 r/min,曲軸箱內不帶壓。曲軸的主軸頸和曲軸箱之間采用骨架油封作為曲軸的軸封,以防止機組運行時,潤滑油沿著曲軸飛濺到曲軸箱外,這種密封形式是采用油封的唇口和曲軸的主軸頸產生密封面從而達到密封的效果。機組停機時,由于曲軸箱油池的液位始終比油封的位置低,故而不會此時有漏油發生;當機組運行過程中,如果油封的密封效果不好,則有可能發生滲漏。

某油氣田現場,機組長時間運行后,部分機組油封漏油較為嚴重。將油封拆下,發現油封有輕微的磨損,但該磨損并不是造成油封漏油的根本原因。對曲軸的運行過程進行分析,不難發現:機組長時間運行后,曲軸高速旋轉,使得從曲軸注油孔流出的潤滑油,沿著軸向方向聚集,潤滑油在油封密封處的大量匯聚,必然使得油封密封的負荷增大,當負荷超過油封的承受范圍時,油封必然漏油。故而降低油封的負荷,減少潤滑油在油封處的聚集,是解決油封漏油問題的關鍵。

1.2 呼吸帽漏油

曲軸箱內部不帶壓,為使得曲軸箱內部與大氣壓力相近,避免因曲軸的高速旋轉而在曲軸箱內形成正壓,則需要在曲軸箱的上蓋板加裝呼吸帽,以維持曲軸箱內、外的壓力平衡。曲軸的高速旋轉,使得潤滑油飛濺到曲軸箱的各個部位。

呼吸帽和曲軸箱上蓋板通過螺紋連接的形式進行安裝。隨著機組的長時間運轉,潤滑油滴和油霧會在呼吸帽處逐漸聚集,當其不能及時有效地流回曲軸箱時,便會有部分油滴從呼吸帽上部滲漏。該處發生滲漏的主要原因為呼吸帽的空間有限,進而使得大量聚集的油滴不能及時有效地回到曲軸箱內,源源不斷的油滴聚集到一定程度時,則必然會從呼吸帽的上部濾網處發生滲漏。

1.3 主、輔助油泵漏油

主、輔助油泵是潤滑系統的重要組成部分,其給潤滑油在系統內的流動提供動力,潤滑油經主、輔助油泵增壓后,經過加熱、冷卻、過濾后,注入各個潤滑點,完成各個摩擦點的循環給油。故而壓縮機組在運行時,油泵也隨之長時間運行。

主、輔助油泵在運行一段時間后,發現其下部端面有潤滑油滲漏發生。主、輔助油泵為內嚙合齒輪泵,其通過電機帶動齒輪旋轉,進而實現對潤滑油的增壓。將油泵發生泄漏的密封面拆解下來,發現油泵結合面的O型密封圈發生嚴重磨損,已無法起到密封作用,故而進入到油泵中的潤滑油,部分通過磨損的O型密封圈,沿著油泵的結合面,逐漸滲漏到壓縮機的主撬上。

1.4 卡套接頭漏油

潤滑油系統中,一般小管線之間的連接均采用標準卡套接頭進行連接?？ㄌ捉宇^具有安裝方便、快捷,價格低廉等各種優勢。但機組長時間運行后,對潤滑油系統的管線進行觀察,不難發現,部分卡套接頭處會有潤滑油的泄露發生。

卡套接頭的連接形式整體來說安全可靠,發生的泄露的原因主要有以下幾點:1)因壓縮機組存在一定的振動,機組長時間運行后,卡套接頭因機組的振動發生松動,故而有泄漏發生;2)卡套接頭在安裝時,并未完全按照相關規范進行正確安裝,一般需要先在螺紋密封面均勻地抹上螺紋密封膠,然后再擰緊,這樣可以有效防止松動的發生。

2 治理方法

2.1 油封

油封處漏油主要原因為機組長時間運行后,油封密封超負荷導致的。現在油封唇口加裝一個擋油盤、一個平面密封墊片,并在曲軸上開兩個環槽,具體布局見圖1。擋油盤的結構見圖2。

1.螺母;2.內六角螺釘;3.墊圈;4.擋油盤墊片;5.擋油盤;6.曲軸;7.曲軸增加兩個環槽;8.曲軸箱

圖2 擋油盤三維模型

當曲軸高速旋轉時,潤滑油沿著曲軸向油封方向運動時,途經兩個環槽時,部分潤滑油會改變運動軌跡,到達環槽的潤滑油會隨著曲軸的高速旋轉從而徑向移動,直至最終落入到曲軸箱油池;剩余穿過環槽的潤滑油,大部分會因擋油盤的格擋而留在擋油盤上,然后集聚成油滴,落入曲軸箱油池中;小部分潤滑油會經過擋油盤到達油封,此時油封的密封負荷較未采取以上措施相比,已大大減少,油封密封的效果顯著提升,從而在一定程度上緩解了油封漏油的問題。

2.2 呼吸帽

呼吸帽處漏油的根本原因為:大量聚集的油霧無法及時有效地回到曲軸箱,進而導致呼吸帽回油負荷過大所致?，F新設計一根冷凝管,加裝在曲軸箱和呼吸帽之間,其內部結構見圖3。

圖3 冷凝管

冷凝管一方面增加了油霧聚集的空間,另一方面油霧經過折流板的擾流后,大部分已與折流板和外圍空氣發生換熱,冷卻后回落至曲軸箱油池;少部分到達至呼吸帽的潤滑油,經過匯聚,最終回到了曲軸箱油池中。該方案在機組現場使用后,效果良好,從根本上解決了呼吸帽漏油的問題。

2.3 主、輔助油泵

主、輔助油泵漏油的根本原因為:油泵長時間運行后,其結合面的O型密封圈發生磨損,導致無法起到良好的密封作用,進而導致泄漏的發生。

故而應根據其O型密封圈的磨損情況來解決該處的漏油問題。機組現場應定期對油泵的運行情況進行觀察,若該處發生滲漏,則及時更換新的O型密封圈,將O型圈納入易損件管理中,根據其使用壽命,一般4 000 h更換一次。

2.4 卡套接頭

卡套接頭處的漏油一般為卡套接頭的松動所致,故而解決該處的漏油一方面應從防松的角度進行考慮,另一方面,也應從潤滑系統的設計角度進行優化。

卡套接頭在小管線的連接中應用廣泛。壓縮機在運行過程中,一方面,日常巡檢過程中應關注卡套接頭的運行狀態,發現有滲漏發生,應及時擰緊,若擰緊后仍反復發生滲漏,則需更換新的卡套接頭,并抹上螺紋密封膠,以防因松動導致的泄露;另一方面,卡套接頭雖整體來說,是安全可靠的,但過多的卡套接頭也會增加潤滑系統的漏點,使得潤滑油發生泄漏的風險增加,故而在設計潤滑油系統時,應減少卡套接頭的使用,小管線盡量彎曲布置,減少中間接頭的使用,進而從源頭上降低潤滑油泄漏的風險。

3 治理后效果

油封、呼吸帽、主、輔助油泵、卡套接頭的漏油問題經過以上技術方案改進后,機組順利啟機運行。一段時間后,發現油封泄露量明顯減少,呼吸帽、主輔助油泵、卡套接頭處基本上無泄露發生。實踐證明,以上方法對解決往復式天然氣壓縮機漏油問題,具有較好的效果,可為往復式壓縮機漏油問題的治理與研究提供實踐指導意義。

4 結語

針對往復式天然氣壓縮機的漏油問題,本文主要從其運行機理和泄露原因兩方面進行分析和思考,通過減少潤滑油到達密封處的負荷從而降低了潤滑油的泄露量,該方法雖能很大程度上解決泄漏量過大的問題,但油封處漏油的問題仍未能從根本上得到解決。壓縮機油封漏油,是工程實踐中的一個難題,本文中的方法經濟、可行且效果明顯,但仍需要從根本上進行探索與研究,進而徹底解決油封漏油的問題。

針對呼吸帽、主、輔助油泵、卡套接頭處的漏油問題,一般可以從源頭上予以解決,但該處的漏油問題存在一定的反復性,故而機組運行現場工作人員應加強此處的巡檢,及時發現該處存在的問題,并采取合適的解決方案,可以較好地解決以上部位的漏油問題。