周 俊 冉廣兵 張 進(jìn)

（中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司 上海）

一、概述

活塞式往復(fù)壓縮機(jī)是各海洋石油平臺(tái)常用的增壓設(shè)備，某平臺(tái)上安裝的2臺(tái)IDA300型濕氣壓縮機(jī)組，主機(jī)選用美國(guó)產(chǎn)Cameron CFA34型單級(jí)三缸對(duì)稱微油潤(rùn)滑往復(fù)式活塞壓縮機(jī)。機(jī)組所在生產(chǎn)工藝流程額定工況為來自生產(chǎn)分離器,壓力為1.68 MPa的濕天然氣，經(jīng)海水冷卻器冷卻至35℃，再進(jìn)入濕氣壓縮機(jī)增壓至3.29～6.94 MPa，增壓后的高溫濕氣（≤150℃）進(jìn)入濕氣壓縮機(jī)后冷卻降溫至42℃，再經(jīng)出口氣滌器氣液分離后進(jìn)入海管外輸。

二、問題

機(jī)組為雙作用氣缸壓縮，活塞兩端均承受工作壓力。活塞桿主要密封形式為單作用填料密封結(jié)構(gòu)，即徑向切口環(huán)和切向切口環(huán)配合使用的單作用油潤(rùn)滑填料環(huán)密封。由于此類密封環(huán)固有特性原因，為保證密封環(huán)正常工作，在正常使用狀態(tài)下會(huì)有工作介質(zhì)通過密封環(huán)與環(huán)槽的間隙進(jìn)入環(huán)槽為密封環(huán)提供作用壓力，并提供工作時(shí)的壓力進(jìn)出通道；另外，由于活塞桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，密封介質(zhì)會(huì)通過密封環(huán)與環(huán)槽之間的間隙變化向最末端環(huán)槽直至環(huán)槽外泄漏。

三、密封填料環(huán)工作原理及失效分析

1.單作用環(huán)密封原理

單作用式填料密封環(huán)的單個(gè)環(huán)是3瓣式結(jié)構(gòu)（圖1），是用強(qiáng)化石墨材料靠彈簧圈壓緊的組合件。它是靠有徑向切口的徑向環(huán)和切向口的切向環(huán)按照一定的組合錯(cuò)開角度裝配實(shí)現(xiàn)密封的，徑向環(huán)必須裝配在高壓端。壓縮工況，高壓氣體通過環(huán)槽間隙進(jìn)入環(huán)槽，將徑向環(huán)A和切向環(huán)B壓在活塞桿和環(huán)槽壁上，實(shí)現(xiàn)壓縮工況密封環(huán)的密封。吸氣工況，環(huán)槽中的高壓氣體將填料環(huán)往氣缸端推動(dòng)并壓在環(huán)槽靠氣缸側(cè)壁上，同時(shí)徑向環(huán)松開，高壓氣體通過徑向環(huán)切口將壓力釋放到氣缸中。通過上述過程的往復(fù)變化實(shí)現(xiàn)環(huán)槽腔室壓力的周期變化，實(shí)現(xiàn)密封環(huán)槽的密封，見圖2。

圖1 單作用式填料密封環(huán)

圖2 單作用環(huán)密封原理

2.密封失效分析

（1）機(jī)組處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，密封的泄漏會(huì)由環(huán)槽的高壓端往低壓腔室逐漸進(jìn)入累積達(dá)到壓力平衡，造成密封環(huán)壓差減小或消失，因此，在靜止?fàn)顟B(tài)或曲軸箱端腔室存在較高背壓狀態(tài)下均無法達(dá)到理想的密封效果。無論在何種工況下，填料密封環(huán)槽內(nèi)均有一定的壓力，如不對(duì)壓力進(jìn)行泄放，環(huán)槽壓力累積會(huì)使密封失效。因潤(rùn)滑油的注入點(diǎn)在環(huán)槽空間內(nèi)，此處的憋壓會(huì)使排放回油箱壓力升高，造成設(shè)備憋壓，見圖3。

圖3 填料密封可能的泄漏點(diǎn)

（2）密封環(huán)左右移動(dòng)造成環(huán)槽間隙泄漏。在墊片及隔板間密封完好的情況下，運(yùn)行中活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)填料環(huán)在環(huán)槽中的位置發(fā)生左右變化，不可避免地存在氣體泄漏，填料密封冷卻潤(rùn)滑的回油管線也會(huì)因密封填料環(huán)泄漏而承壓，見圖3。

四、改造方案

原設(shè)計(jì)中回油收集箱為封閉空間，無呼吸口和放空管線，油箱設(shè)計(jì)為非承壓設(shè)備，壓力聚集升高可能造成油箱系統(tǒng)部件憋壓引發(fā)爆炸事故，故對(duì)回油箱進(jìn)行外接至放空管線的改造。從油箱引出1條排放管線至附近的管線放空，避免回油箱因長(zhǎng)期泄漏壓力積累或因填料突然失效造成大量泄漏而憋壓。

五、實(shí)施

1.油箱壓力引出點(diǎn)和壓力進(jìn)放空管網(wǎng)點(diǎn)的選取根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況，原機(jī)組回油箱上預(yù)留有2個(gè)1/4英寸孔徑接頭螺紋孔，并已用堵頭封住。利用預(yù)留孔作為油箱壓力泄放的引壓點(diǎn)，將堵頭拆除更換為1/4英寸的短接頭用于對(duì)接后面管線的連接配管。按就近選取進(jìn)入點(diǎn)以減少施工量的原則，將進(jìn)入放空管線的點(diǎn)選在壓縮機(jī)組橇內(nèi)，即確定壓縮機(jī)出口管線安全閥泄壓后1條3英寸的放空管線作為放空接入點(diǎn)。配管改造施工如圖4所示。

2.引壓用1/4英寸連接管線的配管彎管、切管施工及管線接頭和閥門安裝施工

由于選用的連接管線為1/4英寸SS316管線，連接頭為OD卡套接頭，油箱至放空點(diǎn)加一1/4英寸球閥用于隔離油箱和放空管線，所用材料管徑較小，僅用儀表常用彎管器、切管器及其他常用工具即可完成施工安裝。根據(jù)實(shí)配管線走向和長(zhǎng)度，在管線中間設(shè)置了2個(gè)管卡固定不銹鋼管線，保證細(xì)長(zhǎng)管線配管連接后的剛度。

3.在機(jī)組原有放空管線上接入排放管線時(shí)的開孔焊接及焊縫探傷

圖4 機(jī)組改造配管及取壓點(diǎn)示意圖

在已有放空管線上接入1/4英寸小管徑的管線，需對(duì)原管線開孔焊接1個(gè)1/4英寸螺紋接頭。因放空管線壓力較低，在征得第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)BV的同意后采用氬弧焊焊接將1/4英寸不銹鋼接頭焊接在以后的3英寸放空管線上，焊接后采用PT滲透檢測(cè)對(duì)焊縫進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)合格。

4.連接管線試壓

完成改造配管連接后，根據(jù)管網(wǎng)運(yùn)行壓力，對(duì)管線進(jìn)行0.7 MPa試壓，并用中性發(fā)泡溶劑進(jìn)行漏點(diǎn)的檢測(cè)。試壓未見漏點(diǎn)，管線連接合格。

六、改造效果

改造后避免油箱因填料長(zhǎng)期泄漏壓力聚集或填料失效泄漏憋壓造成結(jié)構(gòu)損壞；改善了密封環(huán)槽后部承受壓力累積的情況；可以根據(jù)放空情況監(jiān)控活塞桿填料密封泄漏情況。改造后機(jī)組運(yùn)行正常，放空點(diǎn)排放正常，未見油箱憋壓，有效避免了憋壓爆裂的安全事故隱患，保證了機(jī)組的正常運(yùn)行和平臺(tái)的安全生產(chǎn)。