注氣機(jī)填料環(huán)結(jié)構(gòu)改造

王子輝，黃鐵軍，郭宗軻，鄢運(yùn)德，常記佳

（中國(guó)石油塔里木油田分公司天然氣事業(yè)部，新疆庫(kù)爾勒841000）

注氣機(jī)填料環(huán)結(jié)構(gòu)改造

王子輝，黃鐵軍，郭宗軻，鄢運(yùn)德，常記佳

（中國(guó)石油塔里木油田分公司天然氣事業(yè)部，新疆庫(kù)爾勒841000）

基于注氣機(jī)填料環(huán)的結(jié)構(gòu)與原理，通過(guò)對(duì)填料環(huán)存在的缺陷及使用效果進(jìn)行分析，闡述了影響填料環(huán)使用壽命的主要原因，提出具體的改進(jìn)措施來(lái)延長(zhǎng)填料環(huán)的使用壽命，從而提高機(jī)組運(yùn)行時(shí)率，確保裝置平穩(wěn)生產(chǎn)。

填料環(huán)；壓縮機(jī)；潤(rùn)滑油；無(wú)油流停機(jī)

1　引言

16SGT/MH66天然氣壓縮機(jī)組是2000年從美國(guó)卡麥隆庫(kù)伯公司引進(jìn)，用于牙哈凝析氣田循環(huán)注氣保壓開(kāi)采。設(shè)計(jì)循環(huán)注氣壓力52 MPa，單臺(tái)排量5×106m3/d。

牙哈注氣站高壓注氣機(jī)組自投產(chǎn)至今，單機(jī)已累計(jì)運(yùn)行90000 h，壓縮機(jī)填料的使用壽命及使用效果存在不同程度的缺陷。填料密封效果差會(huì)造成壓縮機(jī)組效率降低，潤(rùn)滑油系統(tǒng)工作異常，竄氣存在安全隱患，同時(shí)造成環(huán)境污染，頻繁更換填料耗時(shí)耗力，且增加運(yùn)維成本。

據(jù)了解，國(guó)內(nèi)如此大型、高壓同類(lèi)機(jī)組從未做過(guò)類(lèi)似技術(shù)改造，沒(méi)有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。當(dāng)前填料環(huán)與活塞桿配合間隙偏大，導(dǎo)致填料環(huán)的使用壽命及使用效果不理想。為提高機(jī)組運(yùn)行時(shí)率，確保機(jī)組安全平穩(wěn)運(yùn)行，故對(duì)填料環(huán)進(jìn)行創(chuàng)新改造，提高使用效率。

2　壓縮缸填料環(huán)簡(jiǎn)介

活塞桿填料的作用主要用來(lái)密封氣缸座與活塞桿之間的間隙，阻止氣體沿活塞桿方向泄漏，它是壓縮機(jī)最重要的零部件之一，也是壓縮機(jī)最主要的外泄漏途徑之一。注氣壓縮機(jī)填料環(huán)從高壓端起，依次為一組減壓環(huán)即壓力阻斷環(huán)（每組一片），5組主密封環(huán)（每組由3片組成）和一組漏氣密封環(huán)（每組2片）組成，如圖1所示。

減壓環(huán)的作用主要是限制或控制泄漏的氣流，而不是嚴(yán)密的密封。其最重要的作用是在吸氣沖程中，阻止氣體從填料盒中快速膨脹流回氣缸。

主密封環(huán)由一個(gè)徑向切口環(huán)（朝向高壓側(cè)）、一個(gè)切向切口環(huán)和一個(gè)支撐環(huán)組成。每對(duì)填料環(huán)的2個(gè)密封環(huán)用銷(xiāo)釘連接在一起，使低壓側(cè)的切向切口環(huán)的對(duì)接接口與高壓側(cè)的徑向切口環(huán)的切口錯(cuò)開(kāi)，阻止氣體從填料通過(guò)；支撐環(huán)的作用是防止非金屬軟材料環(huán)被擠出。

漏氣密封環(huán)由2個(gè)對(duì)接/切向切口環(huán)組成，用銷(xiāo)釘連接在一起，它們的徑向切口部分互相錯(cuò)開(kāi)，阻止氣流泄漏。

圖1　壓縮缸填料環(huán)示意圖

3　壓縮缸填料環(huán)使用效率低原因分析

從壓縮機(jī)填料環(huán)材質(zhì)、配件設(shè)計(jì)、工作環(huán)境等方面，并結(jié)合壓縮機(jī)工況、檢修測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)壓縮機(jī)填料進(jìn)行分析與研究，主要從以下3個(gè)方面查找原因：

3.1配件材質(zhì)

原機(jī)配件采用材料為鑄鐵材料，散熱能力差，高溫高壓下易變形。鑄鐵減壓環(huán)在與活塞桿的接觸中，如果活塞桿發(fā)生跳動(dòng)增大會(huì)導(dǎo)致減壓環(huán)與活塞桿之間的磨損增大，加劇活塞桿的磨損，增加填料的泄漏量。

3.2配件設(shè)計(jì)

庫(kù)伯公司提供的減壓環(huán)為整體式，磨損以后減壓環(huán)與活塞桿的間隙越來(lái)越大，高壓氣體沖擊減壓環(huán)，導(dǎo)致其平衡性能不足，偏磨活塞桿，加劇活塞桿磨損，增加氣體的外泄漏，不能很好的防止氣缸內(nèi)高壓氣體對(duì)主密封環(huán)沖擊，加大主密封環(huán)的磨損，同時(shí)氣缸內(nèi)的氣體雜質(zhì)進(jìn)入填料內(nèi)，填料盒和填料環(huán)的磨損加劇。

2016年調(diào)查顯示，對(duì)收入不滿(mǎn)意的各族裔比例都在10%左右，滿(mǎn)意度最高的是日裔醫(yī)生(72%)，其次是白人(59%)和菲裔(57%)。2017年57%的男性醫(yī)生和53%的女性醫(yī)生表示他們收入足夠支撐他們的目標(biāo)(2016年這個(gè)比例是52% vs.47%)。

主密封環(huán)和漏氣密封環(huán)采用普通正切環(huán)和斜口環(huán)結(jié)構(gòu)，自動(dòng)補(bǔ)償能力較弱，自緊密封能力不強(qiáng)，增加了填料的泄漏率。

3.3機(jī)組工況

由于機(jī)組的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，機(jī)組存在老化現(xiàn)象，結(jié)合壓縮機(jī)工況、檢修測(cè)量數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)注氣機(jī)組壓縮活塞桿存在不同程度的磨損，同時(shí)隨著十字頭的磨損增加，活塞桿跳動(dòng)增大，從而導(dǎo)致填料環(huán)在使用過(guò)程中不能很好的起到密封作用，填料漏氣加劇。注氣機(jī)組氣缸壓力高，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，原機(jī)配件不能很好的滿(mǎn)足機(jī)組運(yùn)行工況，導(dǎo)致使用性能下降。

4　改造措施

由于工作環(huán)境較為惡劣，注氣機(jī)組壓縮缸填料長(zhǎng)期在高溫高壓環(huán)境下工作，對(duì)于填料環(huán)材質(zhì)的選擇也顯得尤為重要。如何能在滿(mǎn)足機(jī)組工況情況下，提高填料環(huán)的使用效率，保證其在正常檢修周期內(nèi)不漏氣，同時(shí)在特殊情況下漏氣時(shí)能夠在線(xiàn)安裝成為技術(shù)創(chuàng)新改造的關(guān)鍵。

4.1減壓環(huán)的改造

結(jié)合減壓環(huán)的原理和作用，根據(jù)幾年檢修資料的總結(jié)，將減壓環(huán)材質(zhì)改造成銅質(zhì)，銅材料硬度更低，即柔韌性更強(qiáng)，與活塞桿接觸時(shí)，更好地保護(hù)活塞桿，大大減少了活塞桿的磨損。

減壓環(huán)采用三瓣式，外圈淺槽內(nèi)采用雙彈簧箍緊，增加了高壓氣體沖擊減壓環(huán)時(shí)的平衡能力；環(huán)在使用中不斷磨損后采用自緊式進(jìn)行密封，不僅增加密封性能，而且能夠更好的保護(hù)高壓氣體對(duì)主密封環(huán)的沖擊，以及防止雜質(zhì)的進(jìn)入，減少了填料盒和填料環(huán)的磨損，改造后減壓環(huán)如圖2所示。

主密封環(huán)由3片組成，原機(jī)配件采用一個(gè)鑄鐵環(huán)、2個(gè)聚四氟乙烯材料切向環(huán)組成。鑄鐵環(huán)散熱能力差，導(dǎo)致聚四氟乙烯材料的切向環(huán)容易變形，使用壽命大大降低。

改造后主密封環(huán)由鍵橋連接把一個(gè)正切環(huán)與橋式正切環(huán)連接起來(lái)的E環(huán)組合加上銅質(zhì)材料的徑向環(huán)。其E環(huán)材料為PEEK材質(zhì)，主要性能為耐高溫性、耐高壓性、耐磨性、耐腐蝕性、自潤(rùn)滑性，壓縮缸在溫度高時(shí)，主密封環(huán)依然能夠正常工作，不會(huì)變形。同時(shí)正切環(huán)和銅質(zhì)徑向環(huán)采用3片式，橋式正切環(huán)采用6片式，拆裝方便，故障時(shí)易于更換。主密封環(huán)外圈淺槽內(nèi)采用彈簧箍緊，環(huán)在使用中不斷磨損后采用自緊式進(jìn)行密封，緊緊抱住活塞桿，增加密封性能，改造后主密封環(huán)如圖3所示。

圖2　改造后減壓環(huán)

圖3　改造后主密封環(huán)

4.3漏氣密封環(huán)的改造

漏氣密封環(huán)原機(jī)配件由2個(gè)對(duì)接/切向切口環(huán)組成，用銷(xiāo)釘連接在一起。材料采用鑄鐵材料，散熱能力差，使用效果不好。

改造漏氣密封環(huán)由3片組成，材質(zhì)為PEEK材料，且采用帶倒角的徑向環(huán)、帶斜面的徑向環(huán)和切向環(huán)。漏氣密封環(huán)由于2個(gè)相鄰的徑向環(huán)配合面設(shè)計(jì)成倒角和斜面結(jié)構(gòu)，實(shí)際使用時(shí)，密封環(huán)在彈簧力和氣體力的共同作用下，配合面上產(chǎn)生軸向分力，更好的起到密封作用。由于活塞桿的磨損變大，以及十字頭跳動(dòng)增大，改造后的漏氣密封環(huán)軸向間隙和徑向間隙變小，密封性能更好，改造后漏氣密封環(huán)如圖4所示。

5　改造后效果

從2004年到2014年注氣機(jī)組無(wú)油流停機(jī)次數(shù)分析，技術(shù)改造以前，7臺(tái)注氣機(jī)組每年無(wú)油流停機(jī)次數(shù)大約為65次左右，而無(wú)油流故障停機(jī)有將近15次為填料泄漏所造成；技術(shù)改造以后，2013年整個(gè)上半年注氣機(jī)組無(wú)油流停機(jī)僅為9次，大大減少了注氣機(jī)組無(wú)油流停機(jī)次數(shù)。由于注氣機(jī)組故障停機(jī)時(shí)，進(jìn)行天然氣放空，從而減少了機(jī)組天然氣放空量。

6　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)近2年的正常運(yùn)行，充分證明注氣機(jī)填料環(huán)的改造取得圓滿(mǎn)成功，為同類(lèi)壓縮機(jī)解決該類(lèi)故障提供了可借鑒的寶貴經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)技術(shù)改造提高了注氣壓縮機(jī)組的運(yùn)行時(shí)率，保證了牙哈作業(yè)區(qū)注氣量，從而提高了凝析油產(chǎn)量，大大減少了注氣壓縮機(jī)組的機(jī)械磨損，降低了機(jī)組的維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)減少了機(jī)組故障停機(jī)次數(shù)，減少了天然氣的放空，為節(jié)能減排及環(huán)境保護(hù)工作作出了巨大的貢獻(xiàn)。

圖4　改造后漏氣密封環(huán)

圖5　每年更換填料環(huán)消耗勞動(dòng)工時(shí)統(tǒng)計(jì)表

［1］Hanlon Paul C.壓縮機(jī)手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)石化出版社，2003.

［2］郁永章.容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

［3］楊叔子.機(jī)械加工工藝師手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［4］陳宏鈞.機(jī)械加工工藝裝備設(shè)計(jì)員手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［5］施俊俠，楊兆建，鐘經(jīng)山.壓縮機(jī)密封填料盤(pán)的失效分析［J］.潤(rùn)滑與密封，2006，31（9）：111-113.

［6］付平，常德功.密封設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：55-70.

Modification of Packing Ring Structure in Gas Injection Compressor

WANG Zi-hui，HUANG Tie-jun，GUO Zong-ke，YAN Yun-de，CHANG Ji-jia（PetroChina Tarim Oilfield Company Natural Gas Department，Korla 841000，China）

Based on the structure and theory of gas injection compressor packing ring，the defects and using effect of the packing ring are analyzed.This paper expounds the main causes of the service life of the packing ring，and puts forward the concrete improvement measures to prolong the service life of the packing ring，thus increase the rate of unit operation，and ensure smooth production of plant.

packing ring；compressor；lubricating oil；out of service with oil-free flow

TH457

B

1006-2971（2015）04-0040-03

王子輝（1985-），男，新疆昌吉人，2008年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)就職于中石油塔里木油田公司天然氣事業(yè)部，擔(dān)任注氣站副站長(zhǎng)一職，從事壓縮機(jī)運(yùn)行維護(hù)工作。E-mail：753454586@qq.com

2015-02-09