往復(fù)式壓縮機(jī)填料密封泄漏檢測及分析處理

宮有志

（中海石油（中國）有限公司曹妃甸作業(yè)公司，天津 300459）

往復(fù)式壓縮機(jī)作為天然氣增壓處理設(shè)備，在石油工業(yè)中普遍應(yīng)用。壓縮機(jī)氣缸與傳動(dòng)部件活塞桿密封形式為兩段式組合填料函，該型密封因結(jié)構(gòu)形式不能實(shí)現(xiàn)完全密封，允許有微量泄漏。當(dāng)天然氣泄漏量增大時(shí)具有隱蔽性，壓縮機(jī)在運(yùn)行時(shí)氣缸溫度較高、傳動(dòng)部件多，易燃易爆的天然氣如果聚集到一定濃度，有爆燃爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

渤海某平臺(tái)采用GE公司制造的DS504型往復(fù)式壓縮機(jī)對(duì)油田生產(chǎn)過程產(chǎn)生的伴生氣進(jìn)行壓縮，提壓后經(jīng)由海底管道輸送至陸地。該型號(hào)壓縮機(jī)為水平對(duì)置式兩級(jí)四缸壓縮機(jī)，每級(jí)壓縮有兩個(gè)氣缸，以WAUKESHA生產(chǎn)的L5794LT天然氣原動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源。在運(yùn)行中監(jiān)測到氣缸中段天然氣泄漏增大，對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行和周邊環(huán)境產(chǎn)生安全隱患，下文結(jié)合該機(jī)組填料函泄漏的識(shí)別處理進(jìn)行分析介紹。

1 故障檢測

壓縮機(jī)氣缸密封泄漏量增加，常規(guī)巡檢時(shí)感知?dú)馕蹲兓?、排放口的氣流大小可以初步判斷，為了精確判別泄漏量的變化情況及對(duì)環(huán)境的具體影響，需使用儀器輔助測量天然氣濃度，可選用多功能便攜式氣體檢測儀、甲烷激光檢測儀等。推薦檢測天然氣濃度的部位：氣缸中段冷放空引出口、曲軸箱呼吸口，必要時(shí)，分別檢測各氣缸排氣口或謹(jǐn)慎打開氣缸中段側(cè)邊蓋實(shí)際觀測。

判斷天然氣壓縮機(jī)氣缸密封漏氣后，使用激光檢測儀（型

號(hào)HS4000，一款用激光回波遙測甲烷濃度的超輕超高精度儀器）對(duì)運(yùn)行中的機(jī)組各部位進(jìn)行天然氣濃度檢測：氣缸中段冷放空口甲烷濃度超過20000ppm，曲軸箱滑油呼吸口甲烷濃度達(dá)到5000ppm。壓縮機(jī)曲軸箱是多個(gè)傳動(dòng)部件機(jī)械運(yùn)動(dòng)的封閉區(qū)域，部件正常工作時(shí)即有一定溫度，如果傳動(dòng)異常有可能產(chǎn)生高溫摩擦，天然氣與空氣混合覆蓋具有極高風(fēng)險(xiǎn)。該類隱患用戶應(yīng)重點(diǎn)識(shí)別、慎重對(duì)待。

2 填料密封結(jié)構(gòu)原理

往復(fù)式壓縮機(jī)單缸配置主填料盒及中間填料盒，填料盒在機(jī)組中的位置見圖1。主填料盒用于實(shí)現(xiàn)活塞缸與活塞桿之間的氣體密封并對(duì)該段活塞桿進(jìn)行注油潤滑冷卻。中間填料盒用于回收十字頭側(cè)滑油，同時(shí)，密封中間腔室的氣體。

圖1 壓縮機(jī)填料密封位置示意

氣缸主填料由填料盒、密封環(huán)組、注油及泄放管線組成。填料的每種密封環(huán)因結(jié)構(gòu)材質(zhì)不同，借助壓縮氣體的壓力和彈簧補(bǔ)償作用力，可分別實(shí)現(xiàn)阻流減壓、刮油、潤滑、軸向密封、徑向密封等不同功能，具體原理本文不做贅述，通過多種形式的填料環(huán)組合可實(shí)現(xiàn)綜合要求。DS504型往復(fù)式壓縮機(jī)氣缸主填料，活塞側(cè)至中段方向，依次為阻流環(huán)1道、減壓環(huán)4道、雙作用密封環(huán)1道。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

圖2 主填料的結(jié)構(gòu)示意

中段密封盒安裝在兩中體之間的隔板上，起輔助密封作用，不設(shè)潤滑點(diǎn)。DS504型往復(fù)式壓縮機(jī)氣缸中間填料，活塞側(cè)至十字頭方向，布設(shè)脈動(dòng)密封1組，刮油環(huán)2組。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

圖3 中間填料的結(jié)構(gòu)示意

3 填料密封泄漏分析與處理

組合式填料密封技術(shù)成熟、功能可靠，出現(xiàn)泄漏量加劇時(shí)可依據(jù)其結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行針對(duì)分析，結(jié)合測量數(shù)據(jù)判斷原因并進(jìn)行維修。

3.1 常見情況

根據(jù)形成密封的組成要素分析，常見故障類型及處理措施簡述如下：

活塞桿磨損：通徑減小或者有缺陷，需進(jìn)行修復(fù)或更換。

填料（盒）密封面磨損：不同的密封環(huán)端面、內(nèi)徑面、環(huán)瓣接觸面磨損或填料盒的密封面磨損，不能形成密封配合，需進(jìn)行研磨修復(fù)或換新。

密封環(huán)附件功能故障：密封圈、彈簧老化失去性能，進(jìn)行換新安裝。

安裝偏差：密封環(huán)軸向、徑向間隙不正確、調(diào)料盒與活塞桿同心度超標(biāo)等，按廠家推薦裝配標(biāo)準(zhǔn)安裝，可逐級(jí)測量無誤后，均勻打扭矩；活塞桿跳動(dòng)量過大，需要結(jié)合活塞缸、十字頭的裝配情況綜合判斷。

缺少潤滑：多為注油或排油通道堵塞，疏通即可。

3.2 幾種少見的泄漏類型

渤海某平臺(tái)的案例壓縮機(jī)進(jìn)行檢修時(shí)，遵循了常規(guī)維修思路。拆檢時(shí)，詳細(xì)測量活塞桿各項(xiàng)數(shù)據(jù)正常，對(duì)密封環(huán)組觀察、測量無明顯磨損，更新兩個(gè)填料盒及密封組件后回裝，各項(xiàng)配合數(shù)據(jù)均在廠家推薦標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，但啟動(dòng)測試泄漏沒有明顯的改善。結(jié)合試機(jī)觀察的情況進(jìn)行了如下分析、處理：

填料盒法蘭內(nèi)端面泄漏，原因?yàn)樘盍虾锌偝膳c安裝墊塊之間密封失效，見圖4中6、7中間的接觸面。此處安裝的鋁制墊片，在安裝調(diào)料盒時(shí)扭矩不均或受機(jī)組振動(dòng)影響可能變形失去密封效果，導(dǎo)致天然氣沿填料盒外側(cè)泄漏。協(xié)商工廠對(duì)墊片升級(jí)，增加補(bǔ)償量，安裝后該處泄漏消除。

圖4 主填料盒的維修改造

活塞桿處泄漏量大，排除安裝、磨損等方面的影響，分析主填料密封環(huán)的組合不滿足要求，廠家指出氣體密封允許一定的泄漏，設(shè)計(jì)考慮采用1組阻流環(huán)、4組減壓環(huán)和1組雙作用密封環(huán)的組合，實(shí)測調(diào)整為1組阻流環(huán)、3組減壓環(huán)和2組密封環(huán)組合，活塞桿處氣體泄漏量大幅減少，活塞桿運(yùn)行溫度沒有明顯變化。

注油潤滑的填料盒，滑油排放管線會(huì)進(jìn)入天然氣。案例機(jī)組主填料盒的滑油排放排放口設(shè)置在中間腔室內(nèi)，是導(dǎo)致天然氣外泄并竄入曲軸箱的重要原因。按照?qǐng)D4所示，將每個(gè)滑油排放管線單獨(dú)引出進(jìn)行油氣分離，形成“下排油、上放空”的腔室結(jié)構(gòu)，改造完成后再次試機(jī)，中段冷放空微量天然氣，曲軸箱呼吸口無天然氣檢出。

4 結(jié)語

微量泄漏是往復(fù)式壓縮機(jī)填料密封的特點(diǎn)，但泄漏的可接受程度因使用環(huán)境和安全管理需求不盡相同。響應(yīng)國家安全生產(chǎn)專項(xiàng)整治三年行動(dòng)計(jì)劃的要求，準(zhǔn)確識(shí)別并治理重要設(shè)備的安全隱患，是石化行業(yè)設(shè)備管理者的重要使命。本例壓縮機(jī)檢修，技術(shù)人員不盲目相信廠家和原設(shè)計(jì)，以問題為導(dǎo)向促進(jìn)產(chǎn)品優(yōu)化升級(jí)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的本質(zhì)安全，取得了較好成效。