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关于椭圆齿轮流量计重油自动注入系统的设计与应用

发布时间:2019-09-16  发布作者:

摘 要:椭圆齿轮流量计是单点的重要组成部分,是保证生产流体进入到 FPSO 的重要设备,因此对于椭圆齿轮流量计的管理是单点完整性管理中的重要组成部分。椭圆齿轮流量计的密封件磨损和渗漏是椭圆齿轮流量计的主要故障,为保证椭圆齿轮流量计的正常工作,设计了一套椭圆齿轮流量计重油自动注入系统,系统投用后效果明显,椭圆齿轮流量计密封件的磨损和渗漏得到了明显缓解,有效延长了椭圆齿轮流量计密封件的使用寿命。
一、概况
椭圆齿轮流量计是单点的重要组成部分,是保证生产流体进入到FPSO 的重要设备,因此对于椭圆齿轮流量计的管理是单点完整性管理中的重要组成部分。[1] 椭圆齿轮流量计由于生产流体中含有细微沙砾等原因,使椭圆齿轮流量计密封件磨损严重,导致生产流体渗漏,对安全生产和海洋环境保护带来了极大的隐患。为彻底解决椭圆齿轮流量计密封件损坏的问题,提出了添加一套重油自动注入系统的方案,重油自动注入系统投用使用后,效果明显,密封件磨损和渗漏得到了明显的缓解,延长了密封的使用寿命,节省了由于密封件损坏,对其进行更换而发生的高额费用,经济效益可观。
二、椭圆齿轮流量计密封件故障分析
(一)椭圆齿轮流量计密封件结构介绍
椭圆齿轮流量计是靠放在相对运动的静环槽内的密封圈进行密封的,密封圈为组合式唇形密封圈,它分为承压环、密封圈、背圈 3 个部分组成。
承压环是由无磁合金制成的界面为三角形的圆环,朝上的平面为受压面,它受压后将压力分解为向两侧的张力,使密封圈向两侧扩张,贴紧动静环的密封面,从而达到密封的目的。密封圈为类似聚四氟的复合材料 T8,具有良好的耐磨性和自润滑性,其硬度比 O 型圈高,背圈也是复合材料 T4,硬度高于 T8,工作原理图见下图。
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(二)椭圆齿轮流量计密封件故障原因分析
通过对椭圆齿轮流量计以往故障现象和流体的取样化验的分析,判断椭圆齿轮流量计第一道密封渗漏的主要原因分为两方面:1)由于椭圆齿轮流量计底部第一道密封上部与流体直接接触,流体中的细微颗粒很容易沉积在第一道密封的上部,或残留在密封与静环的密封面处,造成密封件的磨损,导致密封效果降低而使密封渗漏。2)通过多次对密封圈检修维护的情况来看,当密封圈与相对运动的金属间润滑不良时,会产生很多聚四氟乙烯碎屑,这些碎屑一旦夹杂在密封圈和椭圆齿轮流量计密封面之间便会产生泄漏。
三、重油自动注入系统的设计
通过上面对椭圆齿轮流量计密封件故障的原因分析以及对椭圆齿轮流量计结构和流体性质的分析,提出了在椭圆齿轮流量计的 H 点增加一套重油自动注入系统,定时定量的向 H 点注入重油的方案。方案要实现的效果为三方面:1)在第一道密封上部形成了一道保护层,有效防止了细微颗粒在密封上部沉积;2)同时重油也对密封件起到了良好的润滑作用,可以延长密封件的使用寿命;3)通过注入的多余的重油将细微的颗粒从密封件上部冲洗出来,起到对密封件清洁的作用。
椭圆齿轮流量计重油自动注入系统的需要实现的功能如下:
1)在椭圆齿轮流量计旁添加一套重油柜,重油柜通过一条高压仪表管线将椭圆齿轮流量计的 3 个 H 点连接起来,通过重油柜内的 PLC 控制器来控制注油的间隔和注入的时间;注油频率为每隔 4 小时向注入一次重油,充注时间持续 2 分钟;
2)重油柜内设置有压力安全阀,压力超过 66bar 时,压力安全阀自动泄压,以保证注入压力不超过椭圆齿轮流量计密封件的设计压力;
3)重油存储柜内设置有温度开关,冬季温度较低时,会自动打开加热器对重油进行加热,以降低重油的粘度,保证重油能够顺利的注入;
椭圆齿轮流量计重油自动注入系统的设计工作包括:自动注入系统控制柜内部设备的选型和设计、自动注入系统的流程图设计、控制策略的制订、PLC 编程设计、管线设计等。重油自动注入系统的各项技术参数:
1)提供 7.0 MPa 的重油压力,泵的流量为 1 L/MIN,输送介质为重油,牌号为 Fluoronox grade 1150;
2)具有准确稳定时间控制自动启停功能,现场手动控制,间隔 4 小时启动,每 24 小时重油消耗量为 30cc,每次注入持续时间 2 分钟;
3)油箱储油能力为 20L,设有液位计,具有溢流排放和液位保护功能;
4)系统具有过压力保护装置,泵具有过载保护;
5)泵、油箱、控制盘、控制回路及其元件安放在同一个柜内,柜外压力显示;
6)泵柜的防护等级为 IP66,材质为 316L,所有电器元件采用船用防爆,阀门及管件、管线采用 316L 材质;
7)输出管线采用直径 3/8”,壁厚 0.035”,管线具有伴热保温。
四、重油自动注入系统的实施效果以及经济效益
在椭圆齿轮流量计重油自动注入系统运行后,解决了原手动进行重油加注的种种弊端,在系统运行的一年的时间里,椭圆齿轮流量计故障率明显降低,再未出现由于椭圆齿轮流量计密封件磨损或细微沙粒卡阻而造成密封渗漏现象,有效延长了密封件的使用时间。节省了由于密封件损坏,对其更换而发生的各项费用,预计 300 多万,经济效益相当可观。为此套重油自动注入系统对于具有相同椭圆齿轮流量计结构的海上生产设施,具有一定的借鉴作用。

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