王寿海

(中石化石油机械股份有限公司 三机分公司,湖北 武汉 430000)

往复式压缩机在石油化工、天然气集输等领域有着极为广泛的应用,其主要依靠曲柄连杆机构将电机的机械能转化为工作介质的内能,从而实现介质的输送和其他工艺流程的反应。润滑油系统作为压缩机组的辅助系统,其对压缩机的正常运行起着重要作用。

压缩机往往在前期投入使用阶段运行良好,其润滑系统并未有明显泄漏产生。当长期运行后,部分机组则会有明显的漏油现象产生。润滑油的泄漏,不仅给环境带来了污染,还产生了一定的经济损失,故而解决漏油问题对于压缩机组的维护与保养显得至关重要。

崔宏伟[1]对离心式压缩机轴瓦、油封的漏油问题进行了研究,其提出采用可倾轴瓦替代水平剖分结构轴瓦来解决轴瓦漏油。吕文超[2]针对往复式压缩机曲轴油封漏油提出了两种解决方案,通过对比分析,最终成功地解决了进口压缩机长期服役后曲轴油封的漏油。武兆林等人[3-5]从多个角度对大型高转速透平式压缩机的漏油部位和原因进行了分析,并提出了相关解决方案。陶明文等人[6-13]对氨压机、甲烷制冷压缩机、循环气压缩机、空压机、轴流式压缩机的漏油问题进行了分析,并提出了漏油的解决方案。

本文基于前人的经验,对一种往复式天然气压缩机润滑油系统运行过程中存在的漏点进行逐一分析,并根据其泄露的原因提出了相关解决方案,该方案在用户现场实施后,压缩机组漏油的问题得到了有效地解决,从而为解决天然气压缩机的漏油问题提供了一定的经验和成果,对于推动往复式天然气压缩机的设计优化有一定的借鉴意义。

1 漏油部位及原因分析

压缩机根据结构形式的不同其润滑方式可分为:飞溅润滑、压力润滑。飞溅润滑多用于小型无十字头压缩机中。其特点为:气缸的一面和曲轴箱直接相通,润滑油通过连杆上的打油杆拍打油面,使得润滑油飞溅到气缸壁面上。飞溅润滑的方式简单,但是,由于进入气缸内的润滑油不能调节,当活塞环制造不良,与气缸壁接触不好,或活塞与气缸之间的间隙过大,刮油环的回油效果不好时,将使得系统的耗油量显著增加。耗油量的增加,不仅造成浪费,也会对气阀的正常工作产生影响,还会形成积碳。故而在大型的压缩机组中,一般不采用这种润滑方式。压力润滑多用在中型、大型有十字头的压缩机中。和飞溅润滑相比,其具有注油量可调节等诸多优点,因而压力润滑有着广泛的应用。

往复式天然气压缩机的润滑系统为压力润滑方式,其主要有两部分组成:1)曲柄连杆机构的润滑;2)气缸、填料的润滑。曲柄连杆机构采用一个内置的主油泵和一个外置的预润滑油泵进行不间断地循环供油系统,润滑油通过油泵增压,经过油冷器、过滤器的处理后,在最佳工况点处进入曲轴中心油孔、轴瓦、连杆、十字头。润滑油在各摩擦副的接触面上形成一层均匀的油膜,从而保证各摩擦副的良好润滑,避免零部件的磨损发生。气缸、填料的润滑为一种“全损耗”系统,其通过正排量的柱塞泵给分配阀注油,分配阀将润滑油按比例分配至气缸和填料的相关部位,从而实现气缸、填料的润滑。

主油泵为曲轴上主、从动齿轮啮合传动的形式进行传动,其在机组运行过程中对润滑系统进行循环供油。外置的预润滑油泵为机组启、停机过程中对系统的补充润滑,从而保证机组在整个运行状态中,始终处于良好的润滑状态。

保持往复式天然气压缩机组的良好润滑对于设备的可靠性起着重要作用,而机组润滑油的良好密封是保证润滑油系统安全、环保运行的关键。随着机组长时间运行,润滑系统有泄露发生,润滑油的泄露一方面增加了机组的油耗,增加了生产运行成本,另一方面,也会给环境带来巨大的污染,故而解决压缩机的漏油问题显得尤为迫切。本文就润滑油系统中几处常见的泄漏问题展开分析,并综合其漏油的原因给出了解决方案,该方案经过现场验证,具有较好的效果。

1.1 油封漏油

某小型往复式压缩机组,其转速为:1 000～1 800 r/min,曲轴箱内不带压。曲轴的主轴颈和曲轴箱之间采用骨架油封作为曲轴的轴封,以防止机组运行时,润滑油沿着曲轴飞溅到曲轴箱外,这种密封形式是采用油封的唇口和曲轴的主轴颈产生密封面从而达到密封的效果。机组停机时,由于曲轴箱油池的液位始终比油封的位置低,故而不会此时有漏油发生;当机组运行过程中,如果油封的密封效果不好,则有可能发生渗漏。

某油气田现场,机组长时间运行后,部分机组油封漏油较为严重。将油封拆下,发现油封有轻微的磨损,但该磨损并不是造成油封漏油的根本原因。对曲轴的运行过程进行分析,不难发现:机组长时间运行后,曲轴高速旋转,使得从曲轴注油孔流出的润滑油,沿着轴向方向聚集,润滑油在油封密封处的大量汇聚,必然使得油封密封的负荷增大,当负荷超过油封的承受范围时,油封必然漏油。故而降低油封的负荷,减少润滑油在油封处的聚集,是解决油封漏油问题的关键。

1.2 呼吸帽漏油

曲轴箱内部不带压,为使得曲轴箱内部与大气压力相近,避免因曲轴的高速旋转而在曲轴箱内形成正压,则需要在曲轴箱的上盖板加装呼吸帽,以维持曲轴箱内、外的压力平衡。曲轴的高速旋转,使得润滑油飞溅到曲轴箱的各个部位。

呼吸帽和曲轴箱上盖板通过螺纹连接的形式进行安装。随着机组的长时间运转,润滑油滴和油雾会在呼吸帽处逐渐聚集,当其不能及时有效地流回曲轴箱时,便会有部分油滴从呼吸帽上部渗漏。该处发生渗漏的主要原因为呼吸帽的空间有限,进而使得大量聚集的油滴不能及时有效地回到曲轴箱内,源源不断的油滴聚集到一定程度时,则必然会从呼吸帽的上部滤网处发生渗漏。

1.3 主、辅助油泵漏油

主、辅助油泵是润滑系统的重要组成部分,其给润滑油在系统内的流动提供动力,润滑油经主、辅助油泵增压后,经过加热、冷却、过滤后,注入各个润滑点,完成各个摩擦点的循环给油。故而压缩机组在运行时,油泵也随之长时间运行。

主、辅助油泵在运行一段时间后,发现其下部端面有润滑油渗漏发生。主、辅助油泵为内啮合齿轮泵,其通过电机带动齿轮旋转,进而实现对润滑油的增压。将油泵发生泄漏的密封面拆解下来,发现油泵结合面的O型密封圈发生严重磨损,已无法起到密封作用,故而进入到油泵中的润滑油,部分通过磨损的O型密封圈,沿着油泵的结合面,逐渐渗漏到压缩机的主撬上。

1.4 卡套接头漏油

润滑油系统中,一般小管线之间的连接均采用标准卡套接头进行连接。卡套接头具有安装方便、快捷,价格低廉等各种优势。但机组长时间运行后,对润滑油系统的管线进行观察,不难发现,部分卡套接头处会有润滑油的泄露发生。

卡套接头的连接形式整体来说安全可靠,发生的泄露的原因主要有以下几点:1)因压缩机组存在一定的振动,机组长时间运行后,卡套接头因机组的振动发生松动,故而有泄漏发生;2)卡套接头在安装时,并未完全按照相关规范进行正确安装,一般需要先在螺纹密封面均匀地抹上螺纹密封胶,然后再拧紧,这样可以有效防止松动的发生。

2 治理方法

2.1 油封

油封处漏油主要原因为机组长时间运行后,油封密封超负荷导致的。现在油封唇口加装一个挡油盘、一个平面密封垫片,并在曲轴上开两个环槽,具体布局见图1。挡油盘的结构见图2。

1.螺母;2.内六角螺钉;3.垫圈;4.挡油盘垫片;5.挡油盘;6.曲轴;7.曲轴增加两个环槽;8.曲轴箱

图2 挡油盘三维模型

当曲轴高速旋转时,润滑油沿着曲轴向油封方向运动时,途经两个环槽时,部分润滑油会改变运动轨迹,到达环槽的润滑油会随着曲轴的高速旋转从而径向移动,直至最终落入到曲轴箱油池;剩余穿过环槽的润滑油,大部分会因挡油盘的格挡而留在挡油盘上,然后集聚成油滴,落入曲轴箱油池中;小部分润滑油会经过挡油盘到达油封,此时油封的密封负荷较未采取以上措施相比,已大大减少,油封密封的效果显著提升,从而在一定程度上缓解了油封漏油的问题。

2.2 呼吸帽

呼吸帽处漏油的根本原因为:大量聚集的油雾无法及时有效地回到曲轴箱,进而导致呼吸帽回油负荷过大所致。现新设计一根冷凝管,加装在曲轴箱和呼吸帽之间,其内部结构见图3。

图3 冷凝管

冷凝管一方面增加了油雾聚集的空间,另一方面油雾经过折流板的扰流后,大部分已与折流板和外围空气发生换热,冷却后回落至曲轴箱油池;少部分到达至呼吸帽的润滑油,经过汇聚,最终回到了曲轴箱油池中。该方案在机组现场使用后,效果良好,从根本上解决了呼吸帽漏油的问题。

2.3 主、辅助油泵

主、辅助油泵漏油的根本原因为:油泵长时间运行后,其结合面的O型密封圈发生磨损,导致无法起到良好的密封作用,进而导致泄漏的发生。

故而应根据其O型密封圈的磨损情况来解决该处的漏油问题。机组现场应定期对油泵的运行情况进行观察,若该处发生渗漏,则及时更换新的O型密封圈,将O型圈纳入易损件管理中,根据其使用寿命,一般4 000 h更换一次。

2.4 卡套接头

卡套接头处的漏油一般为卡套接头的松动所致,故而解决该处的漏油一方面应从防松的角度进行考虑,另一方面,也应从润滑系统的设计角度进行优化。

卡套接头在小管线的连接中应用广泛。压缩机在运行过程中,一方面,日常巡检过程中应关注卡套接头的运行状态,发现有渗漏发生,应及时拧紧,若拧紧后仍反复发生渗漏,则需更换新的卡套接头,并抹上螺纹密封胶,以防因松动导致的泄露;另一方面,卡套接头虽整体来说,是安全可靠的,但过多的卡套接头也会增加润滑系统的漏点,使得润滑油发生泄漏的风险增加,故而在设计润滑油系统时,应减少卡套接头的使用,小管线尽量弯曲布置,减少中间接头的使用,进而从源头上降低润滑油泄漏的风险。

3 治理后效果

油封、呼吸帽、主、辅助油泵、卡套接头的漏油问题经过以上技术方案改进后,机组顺利启机运行。一段时间后,发现油封泄露量明显减少,呼吸帽、主辅助油泵、卡套接头处基本上无泄露发生。实践证明,以上方法对解决往复式天然气压缩机漏油问题,具有较好的效果,可为往复式压缩机漏油问题的治理与研究提供实践指导意义。

4 结语

针对往复式天然气压缩机的漏油问题,本文主要从其运行机理和泄露原因两方面进行分析和思考,通过减少润滑油到达密封处的负荷从而降低了润滑油的泄露量,该方法虽能很大程度上解决泄漏量过大的问题,但油封处漏油的问题仍未能从根本上得到解决。压缩机油封漏油,是工程实践中的一个难题,本文中的方法经济、可行且效果明显,但仍需要从根本上进行探索与研究,进而彻底解决油封漏油的问题。

针对呼吸帽、主、辅助油泵、卡套接头处的漏油问题,一般可以从源头上予以解决,但该处的漏油问题存在一定的反复性,故而机组运行现场工作人员应加强此处的巡检,及时发现该处存在的问题,并采取合适的解决方案,可以较好地解决以上部位的漏油问题。