LPG压缩机油气系统运行优化方案——以文昌13-1/2油田为例

摘 要

摘要：因液化石油(LPG)回收系统的天然气压缩机润滑系统的生产工艺流程设计存在不足，致使未凝气带液进入压缩机，造成润滑油污染，导致轴承和润滑油泵润滑不良，磨损加剧，使用寿命降低
摘要：因液化石油(LPG)回收系统的天然气压缩机润滑系统的生产工艺流程设计存在不足，致使未凝气带液进入压缩机，造成润滑油污染，导致轴承和润滑油泵润滑不良，磨损加剧，使用寿命降低。为此，通过压缩机轴承和滑油泵失效损坏分析，对机组系统的油气路进行了改造优化：拆除涤气罐内除沫网，改装19根高效过滤精度在O.05μm的颇尔纤维滤芯；启用10μm不锈钢磁性过滤器；将回油管线引入常温分离器，利用两端压力差排液，同时利用常温分离器的功能进行油气水分离。由此改善了轴承和滑油泵的润滑状况；对操作参数进行了调整，提高了压缩机运行稳定性和生产时效性，每年节省维修费用约t10万元(还没有计入停机损失的费用)，取得了较好的经济效益。
关键词：LPG；双螺杆压缩机；润滑油泵；出口凝聚过滤器；进口涤气罐；润滑系统；优化
    文昌13-1/2油田FPSO(浮式生产装置)的LPG回收项目是中国海洋石油(中国)有限公司湛江分公司从节约能源、保护环境的理念出发，利用FPSO回收原油伴生气而启动的改造项目，该项目的实施，能有效提高对能源的回收率和利用率，并减少二氧化碳等温室气体的排放量，同时能取得更好的社会经济效益。
该装置的主要回收压缩模块配置了两台由美国SULLAIR公司生产的PCV40L-50-IOM型喷油式双螺杆压缩机，设计排量为3398.3m3/d，最大功率为511.4kW，压缩机润滑油使用CPI CP-1516-150冷冻机油1000L(SULL AIR公司，Compressor Operation Manual)，主要用于把天然气从20～50kPa升压至1200kPa，以满足LPG回收系统生产工艺的压力需求。该压缩机机组在2006年10月投产运行，因为原流程设计不合理，在运行过程中出现了压缩机和润滑油泵故障，为此对故障原因进行了分析，并提出了相应的改造措施。
1 压缩机轴承和润滑油泵失效损坏分析
    图1是LPG压缩机生产系统和润滑油流程示意图。组分为C3+、C4+的天然气从一级分离器分离后至进口涤气罐V-3610，清除游离态的液滴，进入压缩机K-3620A/B，压缩机将原料气从20kPa压缩至1206.6kPa，最终在出口凝聚过滤器内部进行油气分离[1]。原进口涤气罐内钢丝除沫网无法彻底分离液体，导致含有轻质油组分和水分进入压缩机润滑油系统压缩，使润滑油受到污染乳化和被稀释，润滑物理性能降低。机组运行时要把润滑油内的水分和轻组分分离，需提高出口温度来达到目的。经验数据表明：润滑油温度每提高10℃，黏度就会降低50%[2]。因此，压缩机在高温、润滑效果欠佳的情况下运行，会导致自带滑油泵驱动销断裂频繁和内部齿轮磨损过快而损坏。更严重的是压缩机螺杆主副轴承磨损后产生振动上升，轴承内滚道慢慢剥落，最终造成振动高而非正常关停，由此带来的经济损失约为30万元/d。为此，必须对机组系统流程进行分析和评估，对压缩机的油气路流程进行部分改造，以优化、改善压缩机运行环境。
2 优化方案
2.1 进口涤气罐改造
    通过项目调研评估和可行性分析，决定拆除涤气罐内除沫网，改装19根高效过滤精度在0.05μm的颇尔纤维滤芯，方案经过数次讨论优化，确定全部预制好到现场安装，具体设计方案如图2～4。
    1) 加工3块平管板(每块重约20kg)，如图2所示。
 
    2) 用直流手电钻在涤气罐下裙边上钻8个Ø10mm的孔，将2条槽钢架在裙边上面硬板用4-M8螺栓固定，用2条角钢附于裙边下面与槽钢边成一体加固，安装管板井字吊架，然后安装1号大的管板，再装2号(中间)管板，最后进行滤芯安装，人从罐体上部下到罐体下部进行第三块管板的安装如图3所示。
 
    3) 在管板四周和管板之间的连接部分采用圆形橡胶条和胶垫密封，如图4所示。
 
2.2 油路改造
2.2.1润滑油过滤器改造
    原配套0.5μm纤维滤芯精度过小，压缩机因润滑油压差过大经常停机，重新订购10μm不锈钢磁性过滤器，在过滤杂质的同时可以有效将金属杂质吸附到滤芯上，减少压缩机内部运动部件因杂质而造成的二次损伤。
2.2.2出口凝聚过滤器回油管线改造
在运行过程中取样检查时发现出口凝聚过滤器原设计的回油管线有大量的液体返回到压缩机进口，取样分析内含轻质油、水和润滑油，其中轻质油占80%，水占15%，滑油占5%。关闭回油管线10min后取样回收液量1200mL，按此计算一个月累计有510L，如此多液体返回系统循环，增加了二次污染。针对此情况，果断地将回油管线进行流程改造，将管线引入常温分离器，利用两端压力差排液，同时利用常温分离器的功能进行油气水分离。改造如图5所示。
 
3 优化效果
3.1 优化效果
    1)加装了19根0.05μm高效分离器滤芯后，进口涤气罐排液能力从原来的15L/h增加到45L/h，
    2) 出口凝聚过滤器取油样化验显示轻质油含量明显减少，含水量0.01%，不存在乳化现象。
    3) 未改造前压缩机振动曲线振幅波动较大，改造后，振动曲线乎直而且平稳，反映出压缩机在得到良好润滑后运行平稳。
    4) 压缩机因自带泵故障造成非正常停机次数由原来每月平均3次，降低为两个月1次。
    5) 压缩机改造前平均寿命3个月，改造后连续运转5个月没有出现故障。
    6) 节省压缩机大修维修费用约25万元/次，减少停机损失约30万元/d。
    7) 对比改造前、后的关键运行参数(如表1所示)可以看出改造后压缩机运转各项参数较为平稳，而且出口温度和润滑油温度明显降低5℃左右。
表1 压缩机系统改造前、后运行参数对照表
描述
参数
改造前(2008年1～10月)
改造后(2008年11月～2009年3月)
1月
2月
3月
4月
5月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
1月
2月
3月
出口温度(℃)
＜110
104
103
106
106
107
107
107
107
108
103
103
102
102
102
油温(℃)
＜85
85
83
86
85
86
89
88
88
87
80
82
81
82
83
压缩机振动(mm/s)
＜7.62
7.2
5.4
6
6
6
4
4
4
6.4
4
5
5
5.5
5.5
马达振动(mm/s)
＜20
4.8
4.4
5
5
4.5
3.6
4
4
4.2
4
4
4
4
4
    注：表中数据为月平均值。
3.2 优化效益
    LPG压缩机系统油气路改造费用为39.5万元，项目改造完后，因为修理工作量减少，经粗略计算每年节省维修费用约110万元(还没有计入停机损失的费用)，取得了较好的经济效益。
4 结论
    1) 通过以上对LPG压缩机油、气系统的改造，提高了整个生产系统的稳定性和时效性，为相关生产单位提供了良好借鉴作用。
    2) 建议在设计生产系统的初期，必须考虑工艺和下游设施设备的配套性，防止造成不利影响。
参考文献
[1] 张保山，王治国.文昌13-1/2油田LPG回收培训手册[G].海南文昌：文昌13-1/2油田，2001.
[2] 孙占礼.天然气加工机器与设备[M].天津：天津科学技术出版社，1994.
 
(本文作者：陈汝泽 周天育 叶冠群 黄敢 苏华军 中国海洋石油(中国)有限公司文昌13-1/2油田作业公司)