濕氣壓縮機填料排放改造

周 俊 冉廣兵 張 進

（中海石油（中國）有限公司上海分公司 上海）

一、概述

活塞式往復(fù)壓縮機是各海洋石油平臺常用的增壓設(shè)備，某平臺上安裝的2臺IDA300型濕氣壓縮機組，主機選用美國產(chǎn)Cameron CFA34型單級三缸對稱微油潤滑往復(fù)式活塞壓縮機。機組所在生產(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℃，再進入濕氣壓縮機增壓至3.29～6.94 MPa，增壓后的高溫濕氣（≤150℃）進入濕氣壓縮機后冷卻降溫至42℃，再經(jīng)出口氣滌器氣液分離后進入海管外輸。

二、問題

機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)下會有工作介質(zhì)通過密封環(huán)與環(huán)槽的間隙進入環(huán)槽為密封環(huán)提供作用壓力，并提供工作時的壓力進出通道；另外，由于活塞桿的往復(fù)運動，密封介質(zhì)會通過密封環(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)的單個環(huán)是3瓣式結(jié)構(gòu)（圖1），是用強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)按照一定的組合錯開角度裝配實現(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)往氣缸端推動并壓在環(huán)槽靠氣缸側(cè)壁上，同時徑向環(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)變化實現(xiàn)環(huán)槽腔室壓力的周期變化，實現(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）機組處于靜止?fàn)顟B(tài)時，密封的泄漏會由環(huán)槽的高壓端往低壓腔室逐漸進入累積達到壓力平衡，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，如不對壓力進行泄放，環(huán)槽壓力累積會使密封失效。因潤滑油的注入點在環(huán)槽空間內(nèi)，此處的憋壓會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

（2）密封環(huán)左右移動造成環(huán)槽間隙泄漏。在墊片及隔板間密封完好的情況下，運行中活塞桿往復(fù)運動，帶動填料環(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，填料密封冷卻潤滑的回油管線也會因密封填料環(huán)泄漏而承壓，見圖3。

四、改造方案

原設(shè)計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，故對回油箱進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、實施

1.油箱壓力引出點和壓力進放空管網(wǎng)點的選取根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備情況，原機組回油箱上預(yù)留有2個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，將堵頭拆除更換為1/4英寸的短接頭用于對接后面管線的連接配管。按就近選取進入點以減少施工量的原則，將進入放空管線的點選在壓縮機組橇內(nèi)，即確定壓縮機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。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)實配管線走向和長度，在管線中間設(shè)置了2個管卡固定不銹鋼管線，保證細長管線配管連接后的剛度。

3.在機組原有放空管線上接入排放管線時的開孔焊接及焊縫探傷

圖4 機組改造配管及取壓點示意圖

在已有放空管線上接入1/4英寸小管徑的管線，需對原管線開孔焊接1個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滲透檢測對焊縫進行質(zhì)量檢測合格。

4.連接管線試壓

完成改造配管連接后，根據(jù)管網(wǎng)運行壓力，對管線進行0.7 MPa試壓，并用中性發(fā)泡溶劑進行漏點的檢測。試壓未見漏點，管線連接合格。

六、改造效果

改造后避免油箱因填料長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。改造后機組運行正常，放空點排放正常，未見油箱憋壓，有效避免了憋壓爆裂的安全事故隱患，保證了機組的正常運行和平臺的安全生產(chǎn)。