注气机填料环结构改造

王子辉，黄铁军，郭宗轲，鄢运德，常记佳

（中国石油塔里木油田分公司天然气事业部，新疆库尔勒841000）

注气机填料环结构改造

王子辉，黄铁军，郭宗轲，鄢运德，常记佳

（中国石油塔里木油田分公司天然气事业部，新疆库尔勒841000）

基于注气机填料环的结构与原理，通过对填料环存在的缺陷及使用效果进行分析，阐述了影响填料环使用寿命的主要原因，提出具体的改进措施来延长填料环的使用寿命，从而提高机组运行时率，确保装置平稳生产。

填料环；压缩机；润滑油；无油流停机

1　引言

16SGT/MH66天然气压缩机组是2000年从美国卡麦隆库伯公司引进，用于牙哈凝析气田循环注气保压开采。设计循环注气压力52 MPa，单台排量5×106m3/d。

牙哈注气站高压注气机组自投产至今，单机已累计运行90000 h，压缩机填料的使用寿命及使用效果存在不同程度的缺陷。填料密封效果差会造成压缩机组效率降低，润滑油系统工作异常，窜气存在安全隐患，同时造成环境污染，频繁更换填料耗时耗力，且增加运维成本。

据了解，国内如此大型、高压同类机组从未做过类似技术改造，没有相关经验可以借鉴。当前填料环与活塞杆配合间隙偏大，导致填料环的使用寿命及使用效果不理想。为提高机组运行时率，确保机组安全平稳运行，故对填料环进行创新改造，提高使用效率。

2　压缩缸填料环简介

活塞杆填料的作用主要用来密封气缸座与活塞杆之间的间隙，阻止气体沿活塞杆方向泄漏，它是压缩机最重要的零部件之一，也是压缩机最主要的外泄漏途径之一。注气压缩机填料环从高压端起，依次为一组减压环即压力阻断环（每组一片），5组主密封环（每组由3片组成）和一组漏气密封环（每组2片）组成，如图1所示。

减压环的作用主要是限制或控制泄漏的气流，而不是严密的密封。其最重要的作用是在吸气冲程中，阻止气体从填料盒中快速膨胀流回气缸。

主密封环由一个径向切口环（朝向高压侧）、一个切向切口环和一个支撑环组成。每对填料环的2个密封环用销钉连接在一起，使低压侧的切向切口环的对接接口与高压侧的径向切口环的切口错开，阻止气体从填料通过；支撑环的作用是防止非金属软材料环被挤出。

漏气密封环由2个对接/切向切口环组成，用销钉连接在一起，它们的径向切口部分互相错开，阻止气流泄漏。

图1　压缩缸填料环示意图

3　压缩缸填料环使用效率低原因分析

从压缩机填料环材质、配件设计、工作环境等方面，并结合压缩机工况、检修测量数据对压缩机填料进行分析与研究，主要从以下3个方面查找原因：

3.1配件材质

原机配件采用材料为铸铁材料，散热能力差，高温高压下易变形。铸铁减压环在与活塞杆的接触中，如果活塞杆发生跳动增大会导致减压环与活塞杆之间的磨损增大，加剧活塞杆的磨损，增加填料的泄漏量。

3.2配件设计

库伯公司提供的减压环为整体式，磨损以后减压环与活塞杆的间隙越来越大，高压气体冲击减压环，导致其平衡性能不足，偏磨活塞杆，加剧活塞杆磨损，增加气体的外泄漏，不能很好的防止气缸内高压气体对主密封环冲击，加大主密封环的磨损，同时气缸内的气体杂质进入填料内，填料盒和填料环的磨损加剧。

2016年调查显示，对收入不满意的各族裔比例都在10%左右，满意度最高的是日裔医生(72%)，其次是白人(59%)和菲裔(57%)。2017年57%的男性医生和53%的女性医生表示他们收入足够支撑他们的目标(2016年这个比例是52% vs.47%)。

主密封环和漏气密封环采用普通正切环和斜口环结构，自动补偿能力较弱，自紧密封能力不强，增加了填料的泄漏率。

3.3机组工况

由于机组的长时间运行，机组存在老化现象，结合压缩机工况、检修测量数据分析发现注气机组压缩活塞杆存在不同程度的磨损，同时随着十字头的磨损增加，活塞杆跳动增大，从而导致填料环在使用过程中不能很好的起到密封作用，填料漏气加剧。注气机组气缸压力高，运行时间长，原机配件不能很好的满足机组运行工况，导致使用性能下降。

4　改造措施

由于工作环境较为恶劣，注气机组压缩缸填料长期在高温高压环境下工作，对于填料环材质的选择也显得尤为重要。如何能在满足机组工况情况下，提高填料环的使用效率，保证其在正常检修周期内不漏气，同时在特殊情况下漏气时能够在线安装成为技术创新改造的关键。

4.1减压环的改造

结合减压环的原理和作用，根据几年检修资料的总结，将减压环材质改造成铜质，铜材料硬度更低，即柔韧性更强，与活塞杆接触时，更好地保护活塞杆，大大减少了活塞杆的磨损。

减压环采用三瓣式，外圈浅槽内采用双弹簧箍紧，增加了高压气体冲击减压环时的平衡能力；环在使用中不断磨损后采用自紧式进行密封，不仅增加密封性能，而且能够更好的保护高压气体对主密封环的冲击，以及防止杂质的进入，减少了填料盒和填料环的磨损，改造后减压环如图2所示。

主密封环由3片组成，原机配件采用一个铸铁环、2个聚四氟乙烯材料切向环组成。铸铁环散热能力差，导致聚四氟乙烯材料的切向环容易变形，使用寿命大大降低。

改造后主密封环由键桥连接把一个正切环与桥式正切环连接起来的E环组合加上铜质材料的径向环。其E环材料为PEEK材质，主要性能为耐高温性、耐高压性、耐磨性、耐腐蚀性、自润滑性，压缩缸在温度高时，主密封环依然能够正常工作，不会变形。同时正切环和铜质径向环采用3片式，桥式正切环采用6片式，拆装方便，故障时易于更换。主密封环外圈浅槽内采用弹簧箍紧，环在使用中不断磨损后采用自紧式进行密封，紧紧抱住活塞杆，增加密封性能，改造后主密封环如图3所示。

图2　改造后减压环

图3　改造后主密封环

4.3漏气密封环的改造

漏气密封环原机配件由2个对接/切向切口环组成，用销钉连接在一起。材料采用铸铁材料，散热能力差，使用效果不好。

改造漏气密封环由3片组成，材质为PEEK材料，且采用带倒角的径向环、带斜面的径向环和切向环。漏气密封环由于2个相邻的径向环配合面设计成倒角和斜面结构，实际使用时，密封环在弹簧力和气体力的共同作用下，配合面上产生轴向分力，更好的起到密封作用。由于活塞杆的磨损变大，以及十字头跳动增大，改造后的漏气密封环轴向间隙和径向间隙变小，密封性能更好，改造后漏气密封环如图4所示。

5　改造后效果

从2004年到2014年注气机组无油流停机次数分析，技术改造以前，7台注气机组每年无油流停机次数大约为65次左右，而无油流故障停机有将近15次为填料泄漏所造成；技术改造以后，2013年整个上半年注气机组无油流停机仅为9次，大大减少了注气机组无油流停机次数。由于注气机组故障停机时，进行天然气放空，从而减少了机组天然气放空量。

6　结语

通过近2年的正常运行，充分证明注气机填料环的改造取得圆满成功，为同类压缩机解决该类故障提供了可借鉴的宝贵经验。通过技术改造提高了注气压缩机组的运行时率，保证了牙哈作业区注气量，从而提高了凝析油产量，大大减少了注气压缩机组的机械磨损，降低了机组的维护费用，同时减少了机组故障停机次数，减少了天然气的放空，为节能减排及环境保护工作作出了巨大的贡献。

图4　改造后漏气密封环

图5　每年更换填料环消耗劳动工时统计表

［1］Hanlon Paul C.压缩机手册［M］.北京：中国石化出版社，2003.

［2］郁永章.容积式压缩机技术手册［M］.北京：机械工业出版社，2000.

［3］杨叔子.机械加工工艺师手册［M］.北京：机械工业出版社，2001.

［4］陈宏钧.机械加工工艺装备设计员手册［M］.北京：机械工业出版社，2008.

［5］施俊侠，杨兆建，钟经山.压缩机密封填料盘的失效分析［J］.润滑与密封，2006，31（9）：111-113.

［6］付平，常德功.密封设计手册［M］.北京：化学工业出版社，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

王子辉（1985-），男，新疆昌吉人，2008年毕业于中国石油大学工业设计专业，现就职于中石油塔里木油田公司天然气事业部，担任注气站副站长一职，从事压缩机运行维护工作。E-mail：753454586@qq.com

2015-02-09