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油田注氮压缩机应用故障维修实例

    【压缩机网】1、制氮装置的高压氮气压缩机修理
 
  1998年8月,天津梅塞尔气体工程公司第一台用于油田井下注氮装置的氮气压缩机组在辽河油田注氮现场出现故障。该装置由两个底架组成。一个底架上装有膜式制氮装置和进口螺杆空气压缩机;另一个底架上装有某知名公司的小型4列4级活塞式对称平衡氮气压缩机组。
 
  该压缩机组配有康明斯300马力柴油机,柴油机轴伸装有蛇形弹簧联轴器,与氮气压缩机轴连接。由于联轴器故障使该装置瘫痪,不能正常工作,被迫停用。若不能得到修复,整个装置面临失败的风险。
 
  该公司总经理亲自开车到潍坊找到笔者所在公司,请技术人员帮助解决问题。当时,有能力解决此问题的人真不多。公司领导找到笔者,希望帮助其修理该压缩机,笔者应承了此事。但对压缩机配置和故障情况若明若暗,只能听天津人员口述做一些技术准备。
 
  随后,到天津梅塞尔气体工程公司,会同原工作人员赴辽河油田现场检查该机情况。经检查,确定是联轴器故障,不能开机。天津工作人员拆开联轴器,发现蛇形弹簧已断裂。
 
  令笔者犯难的是此蛇形弹簧联轴器是德国产品。要通过该品牌国内公司与德国公司联系购买,再由德方空运到天津,蛇形弹簧才能达到辽河油田现场。当时天津梅塞尔气体工程公司有一台11吋笔记本电脑,笔者上网查询蛇形弹簧联轴器,好不容易找到沈阳有一家工厂生产该类型的蛇形弹簧。天津工作人员带着断裂的蛇形弹簧立即赴沈阳联系核对型号,并购买新的蛇形弹簧。还算不错,他们购回了同型号的蛇形弹簧。
 
  在他们赴沈阳期间,笔者在现场分析蛇形弹簧断裂的原因。发现柴油机与压缩机轴不同心,经测量其不同轴度竟达3mm之多,难怪联轴器蛇形弹簧断裂。
 
  要使压缩机和柴油机能够稳定工作,必须把不同轴度调到允许范围内。该公司压缩机和康明斯柴油机分别固定在同一个钢制底座上。压缩机的位置不容易调整,因为压缩机4级共8条进排气管道不易调整。因此只能调整柴油机轴的高度和侧向位移而解决。笔者用两个磁铁压力表座和两个千分表固定在压缩机轴上,同时测量柴油机轴对压缩机轴的高度偏差和倾斜偏差。通过调整柴油机位置,使两机不同轴度调到允许范围内。把康明斯柴油机底角的垫片全部抽掉,也才使不同轴度从3mm降为0.15mm。再要调低柴油机轴线,须磨削钢制底座或调高压缩机曲轴箱,这么做的话,工作量太大。笔者在网上查阅了转子蛇形弹簧联轴器的允许轴向和径向偏差,发现0.15mm的轴向和径向偏差对此型号的蛇形弹簧联轴器是允许的。
 
  在调整妥柴油机和压缩机联轴器许可偏差的基础上装好联轴器,经盘车检查,空载检查,觉得没问题时,才开动柴油机压缩机装置。这台进口的柴油机压缩机组因联轴器故障停车的压缩机组终获试车成功,可以正常工作。
 
  当时笔者对该公司压缩机与康明斯柴油机不同轴度达3mm感到不解。这种65~95mm联轴器的径向位移不允许大于0.2mm,轴向位移一般不大于±0.3mm,角位移一般不大于0.003弧度。在修理该机组时,把该联轴器的位移调整到允许的范围内。
 
  由于1985年笔者在青岛召开的山东与德国巴伐利亚洲展览会上,看到CMD Couplings的蛇形弹簧联轴器和膜片式联轴器。因为那时国内没有这种联轴器,就比较详细的了解过这种联轴器,想把这种联轴器用在产品设计上。
 
  为了进一步了解该压缩机,笔者找人翻译了该公司压缩机的使用说明书,发现16处明显错误,本想在网上发给该公司压缩机事业部提醒他们纠正。后来想到:何必给人家技术人员找麻烦呢?也就算了,不提了。要知道该知名品牌压缩机公司的实力可是非常强,他们生产各种活塞、螺杆、离心、隔膜压缩机和各种特殊介质的高压,就连国内一家大型的螺杆压缩机公司也购买该公司的主机。
 
  1999年8月中德合资天津梅塞尔气体工程公司聘笔者担任技术总监。主要研制油田用膜制氮装置,该装置主要用于稠油开采和欠平衡钻井,其主要设备皆从美国进口,压缩机主要用该知名公司的产品。包括压缩机,柴油机、仪表、门及管件订货的技术协议或技术规格单皆由笔者领导的技术科做。装置的改进也由本人负责研究和指导研究。在任期内,为公司完成了计算机辅助设计系统的建立,包括选择购进硬件和软件,培训技术人员,建立标准系统和生产技术管理文件系统。改进了压缩空气净化系统和部分吸附过滤设备,使装置的可靠性得以很大提高,并完成3种新装置的设计。
 
  2、高弹性橡胶联轴器
 
  与上述蛇形弹簧联轴器不同的是一种特殊的高弹性橡胶联轴器。
 
  由于笔者是原单位善于创新的设计人员,对联轴器做过一些创新应用。1982年,在直联传动空气压缩机上,首先改革创新使用高弹性橡胶联轴器。
 
  当时无锡船用减震器厂有一款高弹性橡胶联轴器,在国内是唯一的。他们这种联轴器主要供船用柴油机的联接。必须成对使用,这种联轴器有过载保护爪,其轴向和径向位移的许可值很大(一般3mm左右),特别适合直联传动。笔者在直联空气压缩机上尝试过使用这种联轴器。
 
  与无锡船用减震器厂的技术科人员进行交流,由于为了使空气压缩机与电动机的轴向尺寸受限,要求此联轴器的轴向尺寸要小,不成对使用。而且空气压缩机需要一定的转动惯量,笔者就专门设计了一个飞轮,把单片高弹性橡胶联轴器装在飞轮内部,必须选用一个较大的高弹性体,套在电动机轴套上。这样电动机和空气压缩机可以联接在一起,松开螺丝,又可以脱开。笔者把设计方案拿到无锡,与该厂的技术科人员交流,得到他们的认可。其实他们也没有这么应用过,他们的产品规格并无这种应用。
 
  笔者原单位的油田高压注水设计人员也跟着学会了这种高弹性橡胶联轴器的设计方法,在高压注水泵上采用这种设计。这种联轴器使用了多年,竟没有发现过故障。
 
  上世纪末,无锡船用减震器厂搬到上海,以后又与GKN Stromag合作,生产全系列高弹性橡胶联轴器,其产品曾用于德莱塞大型氮氢压缩机与汽轮机减速机的联接,适合需要大转动惯量的大型活塞压缩机使用。在此方面,作者的设计明显走在前面。
 
  3、高性能冷干机
 
  在生产注氮设备过程中,笔者发现该注氮装置的空气压缩机分别从瑞典和德国进口,所配的冷冻干燥机均是国内配套,由于国产冷干机出气质量达不到预先设定的要求,致使从美国高价进口的膜组进水而失效。
 
  笔者根据多年的冷干机研制经验,确认该冷干机所处理的压缩空气在与工质热交换后处在低温状态(3~5℃)时,压缩空气所含的气相油大部分液化,变成水雾和油雾。此时冷压缩空气的冷凝水雾和油雾极易用0.1μm级的过滤器除掉。而一般的冷干机在此只设置一个普通滤网,大量的油雾水雾得不到有效拦截。当未经有效拦截油气的压缩空气冷量回收后(工质被冷却,压缩空气温度升高),含在压缩空气中未被拦截的油雾水雾又被加热,以气相状态随压缩空气输出,导致压缩空气质量过低。
 
  笔者要求配套的冷干机公司为天津梅塞尔气体工程公司生产的冷干机在压缩空气低温状态增加一个0.1μm的过滤器,此举大大改善了冷干机的出气质量,从而延长了制氮膜组的寿命。
 
  无独有偶,一年后梅塞尔公司为了进一步提高膜组寿命,感觉国产冷干机可靠性还是不理想,遂改为从美国进口冷干机。
 
  当进口的冷干机到货后,笔者想看看该冷干机有什么高招。打开进口冷干机的柜门观察,有趣的是,第一眼看到的是购入的冷干机在两个热交换器中间配有精密过滤器,此物与笔者的做法相同,在此处配置了一个0.1μm级的过滤器。
 
  真是所见略同,就是说笔者要求国产冷干机配置0.1μm级的过滤器,美国冷干机也已配置。而国内的冷干机在此仍然停留在先前的状态。
 
  4、H型钢压缩机底座
 
  1999年,天津公司进口了某品牌高压氮气压缩机组,笔者发现其共用底座特殊,他们使用的是一种H型钢。当时,国内的外资和中外合资压缩机公司都在使用冲切机和数控折弯机制作螺杆压缩机底座。笔者建议公司也采用H型钢制作高压氮气压缩机组底座。
 
  可是,国内当时就鞍钢的一家钢厂有H型钢,而且用户不多。笔者查阅了有关H型钢的国家标准,希望能从鞍钢的钢厂订货,遂与该钢厂联系。这家钢厂没有存货,需我们订货,当时我们提出最小量订货,对方允许以3吨量签订合同,我方同意签订合同。一个月后,该钢厂才用汽车把我公司所定规格的3吨H型钢送到天津。可见,当时国内没有多少单位或人员知道这种H型钢,当时使用H型钢的单位确实也不多。
 
  有了H型钢,我们就很容易生产出轻巧、刚性好的注氮压缩机组所需的底座。笔者使用H型钢制作压缩机底座,在国内是较早的。
 
  后来,随着各种高层建筑对H型钢的需求急剧增大,国内好几个钢厂也陆续生产各种型号的H型钢。现在,到处都可以买到H型钢,与1999年的情况大不相同。

来源:本站原创

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