劉志偉，楊新強(qiáng)，鞠兆剛

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300450）

0 引言

往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)是利用活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動來壓縮氣體，以提高氣體壓力并輸送具有一定壓力氣體的機(jī)械。它是海上采油平臺以及陸地處理廠的關(guān)鍵設(shè)備之一，具有熱效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、適用壓力范圍廣等諸多優(yōu)點(diǎn)，主要用于天然氣回注、外輸、燃?xì)馔钙饺剂咸釅汗┙o，在油氣生產(chǎn)過程中發(fā)揮著重要作用。

目前中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司現(xiàn)有設(shè)備型號品牌較多，大多數(shù)為國外進(jìn)口機(jī)組，常規(guī)年檢的配件費(fèi)用十分昂貴。而且隨著壓縮機(jī)本身及平臺整體的服役年限增加，近年來壓縮機(jī)故障率頻繁，增加了維保工作量及工作難度。在采購定價及采購周期方面也存在不穩(wěn)定的情況，容易造成維修保養(yǎng)工作不能按照計劃時間實施，給設(shè)備運(yùn)行帶來隱患。為了解決上述問題，以及預(yù)防未來往復(fù)式壓縮機(jī)配件維修不穩(wěn)定的不利局面，開展了往復(fù)式壓縮機(jī)配件國產(chǎn)化技術(shù)的研究與應(yīng)用。

1 背景及意義

目前，海上采油平臺往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)填料密封結(jié)構(gòu)包括氣封和油封兩部分。其中，氣封部分是由4 組BT 型密封環(huán)構(gòu)成的，每組2 個BT 型密封環(huán)；第4 組密封環(huán)組前有漏氣回收口，但BT 型密封環(huán)起不到漏氣密封的效果，導(dǎo)致實際參與密封的密封環(huán)只有3 組，而13 kg 的排氣壓力處于臨界狀態(tài)，很容易失效，進(jìn)而引發(fā)氣缸內(nèi)壓縮氣體泄漏至曲軸箱內(nèi)，容易造成潤滑油乳化，成為設(shè)備運(yùn)行的安全隱患。另外，油封部分的刮油盒設(shè)置在填料總成的固定法蘭內(nèi)，刮油環(huán)刮下的潤滑油先是聚積在盒內(nèi)，然后平流至回油孔，回油孔設(shè)置在固定法蘭的端面上且直徑較小，經(jīng)常會出現(xiàn)回油不及時的問題，潤滑油進(jìn)入填料盒而加快油量消耗。

通過對壓縮機(jī)年檢件和大修故障件的設(shè)計核算方法、材料選型、制造工藝、檢驗方法等技術(shù)體系進(jìn)行研究，掌握備件國產(chǎn)化的技術(shù)路線，實現(xiàn)壓縮機(jī)年檢件和大修故障件的完全國產(chǎn)化，在現(xiàn)有供貨采購現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，降低采辦成本（對比進(jìn)口件），且技術(shù)性能不低于進(jìn)口備件，最終擺脫國外技術(shù)壟斷，擁有自己的核心技術(shù)。

往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)至今已有百余年歷史，在設(shè)計計算、結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化、性能預(yù)測以及制造工藝等方面已日趨完善，特別是采用多級壓縮可以獲得比回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)高得多的壓縮比。往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)是石油化工、機(jī)械制造行業(yè)廣泛應(yīng)用的設(shè)備之一，具有適用壓力范圍廣、效率高、適用性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對壓縮機(jī)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求。

整體上，國外壓縮機(jī)市場的整機(jī)生產(chǎn)、專業(yè)技術(shù)及配件加工制造水平等超過國內(nèi)水平，市場幾乎被國外公司壟斷，各大壓縮機(jī)廠家針對自己的品牌在世界各地設(shè)置代理點(diǎn)，行配件銷售和技術(shù)支持等售后服務(wù)；國外往復(fù)式壓縮機(jī)以其高效、穩(wěn)定、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)在市場上占據(jù)著重要地位。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步和全球化的加速，外國企業(yè)將繼續(xù)鞏固領(lǐng)先優(yōu)勢并擴(kuò)大市場份額。

目前，國內(nèi)往復(fù)式壓縮機(jī)市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)步提升。與此同時，節(jié)能環(huán)保和智能化已成為行業(yè)發(fā)展的重要方向。未來國內(nèi)往復(fù)式壓縮機(jī)將更加注重產(chǎn)品創(chuàng)新、技術(shù)進(jìn)步和品牌建設(shè)。國內(nèi)往復(fù)式壓縮機(jī)生產(chǎn)廠家，如中油濟(jì)柴成都壓縮機(jī)、重慶氣體壓縮機(jī)、中國石化機(jī)械三機(jī)分公司金屬加工技術(shù)發(fā)展迅猛，可完成高精度、高強(qiáng)度、復(fù)雜零件的全鏈條加工，加工制造水平已經(jīng)非常成熟。通過引進(jìn)、消化吸收、再創(chuàng)新以及與國內(nèi)廠家、大學(xué)院校合作，具備實現(xiàn)進(jìn)口配件國產(chǎn)化的能力。

2 往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)備件技術(shù)路線

針對平臺和陸地兩種工況，開展了進(jìn)口壓縮機(jī)配件國產(chǎn)化的技術(shù)研究。采集現(xiàn)場國產(chǎn)化壓縮機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)，包括：①配件安裝尺寸以及在機(jī)組上的布置；②壓縮氣體介質(zhì)中的組分研究分析數(shù)據(jù)；③機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的采集，包括各級的進(jìn)排氣溫度和壓力、以及排氣量等數(shù)據(jù)；④并針對各機(jī)組型號、工況的不同進(jìn)行統(tǒng)計分析，篩選配件通用性較強(qiáng)的機(jī)組進(jìn)行分析研制，最終確定國產(chǎn)化機(jī)組的品牌和機(jī)型。

根據(jù)分析結(jié)果，最終確定國產(chǎn)化配件包括：壓縮機(jī)進(jìn)排氣閥、活塞環(huán)、支撐環(huán)、氣密封、氣密封總成、油密封、油密封總成、進(jìn)排氣閥密封、閥蓋密封、邊蓋密封。

（1）往復(fù)式壓縮機(jī)配件材料分析：①對進(jìn)口材料作成分分析，確定進(jìn)口材料的主要成分含量，包含但不限于對零件的化學(xué)元素，硬度、表面粗糙度、力學(xué)性能、金相組織測試；②對進(jìn)口材料作物理實驗檢測，得到材料的主要性能參數(shù)；③根據(jù)微譜分析出的材料配比，混合成國產(chǎn)配件材料，并經(jīng)檢測保持和進(jìn)口件同等性能參數(shù)。

（2）往復(fù)式壓縮機(jī)樣件試制技術(shù)選型。精確測繪進(jìn)口壓縮機(jī)壓縮機(jī)進(jìn)排氣閥、活塞環(huán)、支撐環(huán)、氣密封、氣密封總成、油密封、油密封總成、進(jìn)排氣閥密封、閥蓋密封、邊蓋密封配件的外形尺寸以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。通過以下5 項技術(shù)選型：①根據(jù)機(jī)組實際的氣體工況計算氣體絕熱指數(shù)值和氣體常數(shù)值，在同等壓力和溫度條件下氣體不同流動性能差異；②配件安裝尺寸設(shè)計以及通流面積設(shè)計；③根據(jù)氣缸直徑、機(jī)組轉(zhuǎn)速、閥隙面積、計算出閥隙、環(huán)隙等配件速度模型；④通過氣質(zhì)中含液體和顆粒物多的狀況，對比進(jìn)口材料，進(jìn)行國產(chǎn)化選材；⑤結(jié)合國家行業(yè)和廠家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行加工、熱處理工藝研究，滿足國產(chǎn)化生產(chǎn)現(xiàn)場使用要求。

（3）往復(fù)式壓縮機(jī)配件裝機(jī)驗證。對國產(chǎn)配件的安裝要求和進(jìn)口件一樣，進(jìn)行性能測試、密封性考核，根據(jù)壓縮機(jī)技術(shù)手冊要求進(jìn)行8000 h 測試，測試階段監(jiān)測機(jī)組各項參數(shù)，運(yùn)行3000 h 后對國產(chǎn)配件進(jìn)行抽檢。在機(jī)組各級工作壓力和初始參數(shù)一致的前提下，其國產(chǎn)化配件的使用壽命考核不低于進(jìn)口配件。

3 研究內(nèi)容及成果

本文為解決公知技術(shù)問題而提供一種往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)填料密封結(jié)構(gòu)，不但能有效避免壓縮氣體泄漏至曲軸箱內(nèi)，還可避免潤滑油進(jìn)入填料箱內(nèi)，保證壓縮機(jī)組長期、穩(wěn)定安全運(yùn)行。

（1）實施方案為：該填料密封結(jié)構(gòu)，包括氣封部分和油封部分，所述氣封部分包括主密封組件、油封部分包括刮油環(huán)，氣封部分還包括設(shè)置在主密封組件后方的漏氣密封環(huán)。漏氣密封環(huán)設(shè)置在漏氣密封填料盒內(nèi)，漏氣密封填料盒設(shè)置在固定法蘭內(nèi)部，在固定法蘭靠近曲軸箱的一側(cè)固接有刮油盒，刮油盒底部是回油出口，刮油環(huán)設(shè)置在刮油盒內(nèi)。

（2）該方案的創(chuàng)新點(diǎn)主要有：在主密封組件的前方設(shè)有減壓密封環(huán)，減壓密封環(huán)設(shè)置在減壓密封填料盒內(nèi)；主密封組件包括4 道密封，每道密封包括2 個B T 密封圈和2 個金屬阻流環(huán)；氣封部分的漏氣回收口設(shè)置在主密封組件第四道密封的后方；固定法蘭上設(shè)有與所述漏氣密封填料盒連通的充氮口。

（3）本次研究的優(yōu)點(diǎn)及積極效果是：通過在主密封組件后方設(shè)置漏氣密封環(huán)，加強(qiáng)了氣封效果，能夠有效避免壓縮氣體泄漏至曲軸箱內(nèi)；通過將刮油盒固接在固定法蘭的一側(cè)并將回油出口設(shè)置在刮油盒的底部，可使刮油環(huán)刮下的潤滑油順暢地回流至曲軸箱，進(jìn)而避免潤滑油進(jìn)入氣封的填料箱。同時通過采取增設(shè)減壓環(huán)、將漏氣回收口設(shè)置在主密封組件第四道密封的后方和向漏氣密封填料盒內(nèi)充氮等措施，大大提高氣封效果，延長密封結(jié)構(gòu)的使用壽命，能夠保證壓縮機(jī)組長期、穩(wěn)定安全運(yùn)行（圖1）。

圖1 填料密封結(jié)構(gòu)

圖1 是一種往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)填料密封結(jié)構(gòu)，包括氣封部分和油封部分，而氣封部分又包括主密封組件及設(shè)置在主密封組件后方的漏氣密封環(huán)，漏氣密封環(huán)設(shè)置在漏氣密封填料盒內(nèi)，漏氣密封填料盒設(shè)置在固定法蘭內(nèi)部，在固定法蘭靠近曲軸箱的一側(cè)固接有刮油盒，刮油盒底部是回油出口，刮油環(huán)設(shè)置在所述刮油盒內(nèi)。

在本裝置中，主密封組件的前方設(shè)有減壓密封環(huán)，可以進(jìn)一步加強(qiáng)氣封效果，延長主密封的使用壽命。主密封組件包括4 道密封，每道密封包括兩個BT 密封圈和兩個金屬阻流環(huán)，可以進(jìn)一步提升氣封效果，延長氣封使用壽命。氣封部分的漏氣回收口設(shè)置在主密封組件第四道密封的后方，可使第4 道密封充分參與氣封，提高主密封組件的氣封效果。在固定法蘭上設(shè)有與漏氣密封填料盒連通的充氮口，在盒內(nèi)充氮?dú)饪梢苑乐剐孤怏w進(jìn)入曲軸箱，增強(qiáng)氣封效果。

盡管圖1 對本次研究內(nèi)容的優(yōu)選實施例進(jìn)行了描述，但是本次研究內(nèi)容并不局限于此，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可在本次研究內(nèi)容的啟示下，在不脫離本次研究內(nèi)容宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍的情況下做出很多形式。

4 結(jié)束語

通過調(diào)研收集現(xiàn)場實際情況以及對壓縮機(jī)年檢件和大修故障件的設(shè)計核算方法、材料選型、制造工藝、檢驗方法等技術(shù)體系進(jìn)行研究，分別選擇海上平臺與陸地終端兩種工況，對原配件進(jìn)行測繪、材料分析、性能研究，制定配件加工、熱處理工藝等分析。以掌握備件國產(chǎn)化的技術(shù)路線，實現(xiàn)壓縮機(jī)年檢件和大修故障件的完全國產(chǎn)化，在現(xiàn)有供貨采購現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，降低采辦成本（對比進(jìn)口件），并在技術(shù)性能上不低于進(jìn)口備件，最終擺脫國外壟斷，使得國產(chǎn)配件在同等工況下的使用性能和壽命達(dá)到進(jìn)口配件水平，逐步替代進(jìn)口配件，擁有自己的核心技術(shù)。