往复式压缩机填料密封泄漏检测及分析处理

焦伟

摘 要：近年来我国综合国力的不断增强，工业的迅猛发展，涌现出大量的工业企业。往复式压缩机也称往复活塞式（曲轴连杆型）压缩机，具有结构简单，技术成熟，加工制造技术要求较低，压缩比实现容易等特点，在压缩机市场上占有主导地位，但往复式活塞压缩机的缺点也是较明显的。特别是对于气阀、填料、活塞、缸套在各种工况下的密封问题，尽管相关研究机构和生产单位一直在不断进行研究和改进，目前仍然是往复式活塞压缩机的难题。往复式压缩机填料密封环是此类压缩机的主要密封，作用是防止气缸中的高压气体沿活塞杆表面泄漏，它是往复式压缩机重要的零部件之一，高压气体沿活塞杆表面泄漏也是压缩机外泄漏的主要途径，而密封填料环的使用寿命，又是衡量往复式压缩机品质的重要因素。本文就往复式压缩机填料密封泄漏检测及分析处理展开探讨。

关键词：填料函;泄漏;天然气浓度;压缩机

引言

往复式压缩机作为天然气增压处理设备，在石油工业中普遍应用。压缩机气缸与传动部件活塞杆密封形式为两段式组合填料函，该型密封因结构形式不能实现完全密封，允许有微量泄漏。当天然气泄漏量增大时具有隐蔽性，压缩机在运行时气缸温度较高、传动部件多，易燃易爆的天然气如果聚集到一定浓度，有爆燃爆炸风险。

1往复式压机填料盒的作用、组成

往复式压缩机填料盒（密封填料）的作用是防止气缸中高压气体沿活塞杆向外泄漏。往复式压缩机填料盒，包括由至少一个填料盒构成的填料密封体，填料密封体主要由拉杆、压盖、法兰、O型圈、水冷通道（冷却套）、填料盒体、垫圈、密封环、减压环、阻流环构成。往复式压缩机常用的填料环密封属于动密封，当气缸内与气缸外存在一定压差时，填料密封环的切向环、径向环在工艺气体压力的作用下形成密封面，起到密封作用。经长时间运行，填料环密封件被反復摩擦，密封效果逐渐减弱。通常密封环的使用寿命很大程度上决定了往复式压缩机的检维修周期。

2故障检测

压缩机气缸密封泄漏量增加，常规巡检时感知气味变化、排放口的气流大小可以初步判断，为了精确判别泄漏量的变化情况及对环境的具体影响，需使用仪器辅助测量天然气浓度，可选用多功能便携式气体检测仪、甲烷激光检测仪等。推荐检测天然气浓度的部位：气缸中段冷放空引出口、曲轴箱呼吸口，必要时，分别检测各气缸排气口或谨慎打开气缸中段侧边盖实际观测。判断天然气压缩机气缸密封漏气后，使用激光检测仪（型号HS4000，一款用激光回波遥测甲烷浓度的超轻超高精度仪器）对运行中的机组各部位进行天然气浓度检测：气缸中段冷放空口甲烷浓度超过20000ppm，曲轴箱滑油呼吸口甲烷浓度达到5000ppm。压缩机曲轴箱是多个传动部件机械运动的封闭区域，部件正常工作时即有一定温度，如果传动异常有可能产生高温摩擦，天然气与空气混合覆盖具有极高风险。该类隐患用户应重点识别、慎重对待。

3填料密封环泄漏原因分析

3.1材料方面的原因

填料密封环的材料应具有塑性，有足够的化学稳定性，不粘染介质，受热变形小且具有一定的耐磨性。如果所用填料密封环的材料不适宜所处环境，就会在高温高压下变形、碎裂或快速磨损，从而发生泄漏。因此在材料选择方面，（这里主要指维修更换时），应参照原设计并根据实际情况，选择经过实际检验、具有相当实力的大公司的产品。购买或外委加工时，提供相关工况，联合设计并参考密封填料环耐受力试验数据，可能的情况下要求供方提供材料配比，保证密封环的使用寿命。

3.2节流环选型不合理

节流减压环的主要作用就是在排气时节流高压侧的大部分压力，为后面的填料减轻负荷，减少填料的损坏。在活塞吸气时，能够阻止气体从密封环向气缸进行反冲，从而有效地平衡由于气体泄漏而导致的压力降低。假如这个阻止作用失效，那么第一道密封环中的气体压力就会马上下降，同时在接下来的气缸进行膨胀做功时，压力会很容易的回到吸入压力，作用在第一道环上面的力就会突然变向，造成径向环以及切向环发生撞击，对填料产生破坏。常见的破坏有切向环唇口折断，损害弹簧，崩口等。通常主要起密封作用的是切向环，所以减压环的减压效果如何，会直接影响到密封的效果及密封环的使用寿命。

3.3装配方面的原因

填料密封环及填料盒，因为都参与密封过程，相应装配精度要达到要求。由于任何材料在受热情况下都会膨胀变形，密封环在密封盒中也不例外，一般轴向间隙0.3～0.35mm。实际中，相应轴向间隙要根据填料盒、填料环的工况及材料考虑，因各种材料受热膨胀系数的差异很大，必须根据具体的密封环材料进行设计计算来确定合理的轴向间隙，以避免压缩机工作状态下填料密封环胀死在填料盒中。但过大的轴向间隙，会使密封环与填料盒撞击，产生不良影响。径向间隙也不可少，合理的径向间隙可防止活塞杆下沉时密封环受压，避免密封环损坏或变形。密封环的正常磨损用切口间隙补偿，一旦密封环开始泄漏，往往切口间隙已为零，失去径向补偿作用。填料密封环的装配精度受多重因素影响，密封环的自身精度是一个方面，而实际装配到工作位置的精度，才是最终影响密封效果的关键。填料密封环组合安装后，其内孔与端面的垂直度是很重要的精度，如果垂直度超差，加上填料盒与活塞杆的装配误差，常会影响密封端面良好贴合，而无法起到密封作用。一般填料密封环应在实际状态下研磨，确保与活塞杆严密结合的同时，保持相关端面良好贴合。压缩机工作中，如填料环内孔产生异常磨损，如偏磨，常会造成填料密封断面也不能正确贴合，无法良好密封。因填料密封必须有轴向间隙，当活塞杆运动时，填料环也同时在轴向运动，如密封面间混入杂物也会造成泄漏。填料一般有水冷却系统，各填料盒间采用耐热O形橡胶密封圈密封。轴向安装时，沟槽宽度、沟槽深度，应满足O形圈装配标准。

4整改和预防措施

将填料盒密封组合形式由切向环+无切口间隙的阻流环改为切向环+径向环（有切口间隙），径向环朝向气缸侧。将三瓣直切口节流环改为具有内双螺旋沟槽、迷宫节流形式的整体式节流环。这样可以更好的节流降压还可以容纳部分粉粒，为后面的填料密封组合创造更好的密封环境。压缩机在运行期间，定期做氢气采样进行分析化验，保证氢气纯度，减少由于氢气中腐蚀气体和其它杂质的存在影响压缩机填料的密封寿命。将填料盒与气缸端面的橡胶“O”型圈改为铝质或铜质密封垫片。将填料研磨，使填料与填料盒之间的轴向间隙为0.30～0.35mm，以防止填料因热膨胀出现卡涩而损坏失效。为保证密封环工作的可靠性，应当严格装配质量。对密封盒的密封表面进行研磨，使研磨后各密封盒的密封表面粗糙度达到Ra0.80μm的表面质量要求，并保证密封盒两端面的平行度误差不大于0.003mm。用工艺轴检查或研磨密封圈内孔，使其与活塞杆接触面积达70%以上。严格按照安装顺序装配切向环，径向环和节流环，装配过程中必须保证各密封盒与填料环的轴向静间隙在0.30～0.35mm之间。在盒体组装完后要用煤油做渗漏测试并检查水路是否畅通。在现场安装时要检查填料盒与活塞杆的垂直度。

结语

微量泄漏是往复式压缩机填料密封的特点，但泄漏的可接受程度因使用环境和安全管理需求不尽相同。响应国家安全生产专项整治三年行动计划的要求，准确识别并治理重要设备的安全隐患，是石化行业设备管理者的重要使命。

参考文献：

[1]林景延.往复式压缩机填料函的技术改造[J].资源节约与环保，2018，35（01）：40-41.

[2]刘磊.往复式气体压缩机通用型填料装置[P].上海交通大学，2018（10）：28.

（中海油能源发展装备技术有限公司机电技术服务中心，天津 300452）