往复式压缩机填料密封泄漏检测及分析处理

宫有志

（中海石油（中国）有限公司曹妃甸作业公司，天津 300459）

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。

渤海某平台采用GE公司制造的DS504型往复式压缩机对油田生产过程产生的伴生气进行压缩，提压后经由海底管道输送至陆地。该型号压缩机为水平对置式两级四缸压缩机，每级压缩有两个气缸，以WAUKESHA生产的L5794LT天然气原动机为动力源。在运行中监测到气缸中段天然气泄漏增大，对机组安全运行和周边环境产生安全隐患，下文结合该机组填料函泄漏的识别处理进行分析介绍。

1 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。

2 填料密封结构原理

往复式压缩机单缸配置主填料盒及中间填料盒，填料盒在机组中的位置见图1。主填料盒用于实现活塞缸与活塞杆之间的气体密封并对该段活塞杆进行注油润滑冷却。中间填料盒用于回收十字头侧滑油，同时，密封中间腔室的气体。

图1 压缩机填料密封位置示意

气缸主填料由填料盒、密封环组、注油及泄放管线组成。填料的每种密封环因结构材质不同，借助压缩气体的压力和弹簧补偿作用力，可分别实现阻流减压、刮油、润滑、轴向密封、径向密封等不同功能，具体原理本文不做赘述，通过多种形式的填料环组合可实现综合要求。DS504型往复式压缩机气缸主填料，活塞侧至中段方向，依次为阻流环1道、减压环4道、双作用密封环1道。其结构示意图见图2。

图2 主填料的结构示意

中段密封盒安装在两中体之间的隔板上，起辅助密封作用，不设润滑点。DS504型往复式压缩机气缸中间填料，活塞侧至十字头方向，布设脉动密封1组，刮油环2组。其结构示意图见图3。

图3 中间填料的结构示意

3 填料密封泄漏分析与处理

组合式填料密封技术成熟、功能可靠，出现泄漏量加剧时可依据其结构组成进行针对分析，结合测量数据判断原因并进行维修。

3.1 常见情况

根据形成密封的组成要素分析，常见故障类型及处理措施简述如下：

活塞杆磨损：通径减小或者有缺陷，需进行修复或更换。

填料（盒）密封面磨损：不同的密封环端面、内径面、环瓣接触面磨损或填料盒的密封面磨损，不能形成密封配合，需进行研磨修复或换新。

密封环附件功能故障：密封圈、弹簧老化失去性能，进行换新安装。

安装偏差：密封环轴向、径向间隙不正确、调料盒与活塞杆同心度超标等，按厂家推荐装配标准安装，可逐级测量无误后，均匀打扭矩；活塞杆跳动量过大，需要结合活塞缸、十字头的装配情况综合判断。

缺少润滑：多为注油或排油通道堵塞，疏通即可。

3.2 几种少见的泄漏类型

渤海某平台的案例压缩机进行检修时，遵循了常规维修思路。拆检时，详细测量活塞杆各项数据正常，对密封环组观察、测量无明显磨损，更新两个填料盒及密封组件后回装，各项配合数据均在厂家推荐标准之内，但启动测试泄漏没有明显的改善。结合试机观察的情况进行了如下分析、处理：

填料盒法兰内端面泄漏，原因为填料盒总成与安装垫块之间密封失效，见图4中6、7中间的接触面。此处安装的铝制垫片，在安装调料盒时扭矩不均或受机组振动影响可能变形失去密封效果，导致天然气沿填料盒外侧泄漏。协商工厂对垫片升级，增加补偿量，安装后该处泄漏消除。

图4 主填料盒的维修改造

活塞杆处泄漏量大，排除安装、磨损等方面的影响，分析主填料密封环的组合不满足要求，厂家指出气体密封允许一定的泄漏，设计考虑采用1组阻流环、4组减压环和1组双作用密封环的组合，实测调整为1组阻流环、3组减压环和2组密封环组合，活塞杆处气体泄漏量大幅减少，活塞杆运行温度没有明显变化。

注油润滑的填料盒，滑油排放管线会进入天然气。案例机组主填料盒的滑油排放排放口设置在中间腔室内，是导致天然气外泄并窜入曲轴箱的重要原因。按照图4所示，将每个滑油排放管线单独引出进行油气分离，形成“下排油、上放空”的腔室结构，改造完成后再次试机，中段冷放空微量天然气，曲轴箱呼吸口无天然气检出。

4 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。本例压缩机检修，技术人员不盲目相信厂家和原设计，以问题为导向促进产品优化升级，进而实现设备的本质安全，取得了较好成效。