往復式壓縮機作為天然氣增壓處理設備，在石油工業中普遍應用。壓縮機氣缸與傳動部件活塞桿密封形式為兩段式組合填料函，該型密封因結構形式不能實現密封，允許有微量泄漏。當天然氣泄漏量增大時具有隱蔽性，壓縮機在運行時氣缸溫度較高、傳動部件多，易燃易爆的天然氣如果聚集到一定濃度，有爆燃爆炸風險。
渤海某平臺采用 GE 公司制造的 DS504 型往復式壓縮機對油田生產過程產生的伴生氣進行壓縮，提壓后經由海底管道輸送至陸地。該型號壓縮機為水平對置式兩級四缸壓縮機，每級壓縮有兩個氣缸，以 WAUKESHA 生產的 L5794LT 天然氣原動機為動力源。在運行中監測到氣缸中段天然氣泄漏增大，對機組安全運行和周邊環境產生安全隱患，下文結合該機組填料函泄漏的識別處理進行分析介紹。
1、故障檢測
壓縮機氣缸密封泄漏量增加，常規巡檢時感知氣味變化、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環境的具體影響，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，分別檢測各氣缸排氣口或謹慎打開氣缸中段側邊蓋實際觀測。
判斷天然氣壓縮機氣缸密封漏氣后，使用激光檢測儀(型號 HS4000，一款用激光回波遙測甲烷濃度的超輕超高精度儀器)對運行中的機組各部位進行天然氣濃度檢測：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到 5000ppm。壓縮機曲軸箱是多個傳動部件機械運動的封閉區域，部件正常工作時即有一定溫度，如果傳動異常有可能產生高溫摩擦，天然氣與空氣混合覆蓋具有風險。該類隱患用戶應重點識別、慎重對待。
2、填料密封結構原理
往復式壓縮機單缸配置主填料盒及中間填料盒，填料盒在機組中的位置見圖 1。主填料盒用于實現活塞缸與活塞桿之間的氣體密封并對該段活塞桿進行注油潤滑冷卻。中間填料盒用于回收十字頭側滑油，同時，密封中間腔室的氣體。
氣缸主填料由填料盒、密封環組、注油及泄放管線組成。填料的每種密封環因結構材質不同，借助壓縮氣體的壓力和彈簧補償作用力，可分別實現阻流減壓、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組合可實現綜合要求。 DS504 型往復式壓縮機氣缸主填料，活塞側至中段方向，依次為阻流環 1 道、減壓環 4 道、雙作用密封環 1 道。其結構示意圖見圖 2。
中段密封盒安裝在兩中體之間的隔板上，起輔助密封作用，不設潤滑點。 DS504 型往復式壓縮機氣缸中間填料，活塞側至十字頭方向，布設脈動密封 1 組，刮油環 2 組。其結構示意圖見圖 3。
3、填料密封泄漏分析與處理
組合式填料密封技術成熟、功能可靠，出現泄漏量加劇時可依據其結構組成進行針對分析，結合測量數據判斷原因并進行維修。
3.1 常見情況
根據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，需進行修復或更換。
填料(盒)密封面磨損：不同的密封環端面、內徑面、環瓣接觸面磨損或填料盒的密封面磨損，不能形成密封配合，需進行研磨修復或換新。
密封環附件功能故障：密封圈、彈簧老化失去性能，進行換新安裝。
安裝偏差：密封環軸向、徑向間隙不正確、調料盒與活塞桿同心度超標等，按廠家推薦裝配標準安裝，可逐級測量無誤后，均勻打扭矩;活塞桿跳動量過大，需要結合活塞缸、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
渤海某平臺的案例壓縮機進行檢修時，遵循了常規維修思路。拆檢時，詳細測量活塞桿各項數據正常，對密封環組觀察、測量無明顯磨損，更新兩個填料盒及密封組件后回裝，各項配合數據均在廠家推薦標準之內，但啟動測試泄漏沒有明顯的改善。結合試機觀察的情況進行了如下分析、處理：
填料盒法蘭內端面泄漏，原因為填料盒總成與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，在安裝調料盒時扭矩不均或受機組振動影響可能變形失去密封效果，導致天然氣沿填料盒外側泄漏。協商工廠對墊片升級，增加補償量，安裝后該處泄漏消除。
活塞桿處泄漏量大，排除安裝、磨損等方面的影響，分析主填料密封環的組合不滿足要求，廠家指出氣體密封允許一定的泄漏，設計考慮采用 1 組阻流環、 4 組減壓環和 1 組雙作用密封環的組合，實測調整為 1 組阻流環、 3 組減壓環和 2 組密封環組合，活塞桿處氣體泄漏量大幅減少，活塞桿運行溫度沒有明顯變化。
注油潤滑的填料盒，滑油排放管線會進入天然氣。案例機組主填料盒的滑油排放排放口設置在中間腔室內，是導致天然氣外泄并竄入曲軸箱的重要原因。按照圖 4 所示，將每個滑油排放管線單獨引出進行油氣分離，形成“下排油、上放空”的腔室結構，改造完成后再次試機，中段冷放空微量天然氣，曲軸箱呼吸口無天然氣檢出。
4、結語
微量泄漏是往復式壓縮機填料密封的特點，但泄漏的可接受程度因使用環境和安全管理需求不盡相同。響應國家安全生產專項整治三年行動計劃的要求，準確識別并治理重要設備的安全隱患，是石化行業設備管理者的重要使命。本例壓縮機檢修，技術人員不盲目相信廠家和原設計，以問題為導向促進產品優化升級，進而實現設備的本質安全，取得了較好成效。
參考文獻：
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