往復(fù)式壓縮機(jī)填料泄漏在線監(jiān)測裝置的應(yīng)用

劉濤

在天然氣的儲存和運(yùn)輸中，作為輸送動力的壓縮機(jī)是核心設(shè)備，設(shè)計(jì)選型時(shí)，較多采用的是離心式壓縮機(jī)和往復(fù)式壓縮機(jī)，離心式壓縮機(jī)較多應(yīng)用于壓縮比較低的場合，對于壓縮比較大的場合，則以往復(fù)式壓縮機(jī)的應(yīng)用居多。往復(fù)式壓縮機(jī)的特點(diǎn)是高壓比、低能耗、高效率、適用范圍廣，缺點(diǎn)是排氣不連續(xù)、轉(zhuǎn)速不宜過高、氣體攜帶油污、結(jié)構(gòu)較大、易損件多、維修工作量大。

一臺完整的往復(fù)式壓縮機(jī)包括運(yùn)動機(jī)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)、機(jī)身、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)和控制安全系統(tǒng)。運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括曲軸、軸承、連桿、十字頭、聯(lián)軸器組成，它是一種曲柄連桿結(jié)構(gòu)，它把曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為十字頭的往復(fù)直線運(yùn)動。機(jī)身是壓縮機(jī)的外殼，用來支撐和安裝整個運(yùn)動機(jī)構(gòu)和工作機(jī)構(gòu)。工作機(jī)構(gòu)由氣缸、活塞、活塞桿、氣閥、填料等組成。氣缸呈圓筒形，兩端裝有吸氣閥與排氣閥，活塞在氣缸中間做往復(fù)運(yùn)動與氣閥相應(yīng)的開、閉動作相互配合，使得缸內(nèi)氣體依次實(shí)現(xiàn)膨脹、吸氣、壓縮、排氣四個過程，不斷循環(huán)，將低壓氣體升壓而源源排出。

往復(fù)式壓縮機(jī)通過填料來密封氣缸與活塞桿之間的間隙，阻止氣缸中的高壓氣體沿著活塞桿向外泄漏。填料總成包括填料函和填料環(huán)，填料函由填料端蓋和多個填料盒組成，每個填料盒內(nèi)有多個填料環(huán)，填料環(huán)層層減壓，末端壓力非常小。填料在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)要產(chǎn)生大量的摩擦熱，大型壓縮機(jī)的填料函都設(shè)有冷卻水槽用來冷卻密封填料，保證密封填料的正常使用。

填料函不嚴(yán)可造成漏氣，氣體一旦進(jìn)入冷卻水系統(tǒng)危害是很大的，它會造成“氣堵”使填料函不能正常供水，密封填料就會急劇升溫，嚴(yán)重的會燒毀填料環(huán)。不過現(xiàn)在新的往復(fù)式壓縮機(jī)填料盒之間多采用硬密封（即金屬密封），能較好的防止填料函泄漏。

填料泄漏因填料損壞引起，填料損壞多由填料環(huán)彈簧斷裂和填料環(huán)變形、鼓包、斷裂等造成，填料環(huán)和彈簧斷裂可形成碎屑，碎屑進(jìn)入填料函與填料的接觸面會造成填料函劃傷，碎屑也可造成活塞桿的磨損。填料泄漏也可引起壓縮機(jī)壓比失調(diào)、排氣量降低等，導(dǎo)致壓縮機(jī)無法正常運(yùn)行，對生產(chǎn)工作造成巨大損失。填料泄漏存在趨勢性，如果泄漏初期能夠及時(shí)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，則可以有效避免因此導(dǎo)致的設(shè)備損壞甚至火災(zāi)爆炸事故。

目前對壓縮機(jī)填料的在線監(jiān)測主要是通過測量填料函溫度的變化，但通過對多年壓縮機(jī)填料磨損故障的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在填料出現(xiàn)磨損泄漏時(shí)，填料函的溫度均未發(fā)生顯著改變，沒有起到有效的監(jiān)測保護(hù)作用，同時(shí)從壓縮機(jī)排氣壓力、排氣量等方面也無法有效判斷初始故障何時(shí)發(fā)生，現(xiàn)有的填料監(jiān)測手段對壓縮機(jī)填料故障的監(jiān)測作用不明顯，難以在泄漏初期及時(shí)解決問題。

為實(shí)現(xiàn)對填料泄漏量的實(shí)時(shí)定量監(jiān)測，能夠及早發(fā)現(xiàn)往復(fù)式壓縮機(jī)填料泄漏突然增大問題，保障設(shè)備運(yùn)行的安全性，需要研制一種填料監(jiān)測裝置。本監(jiān)測裝置需要在壓縮機(jī)尾桿端填料放空管加裝小流量流量計(jì)，以實(shí)現(xiàn)泄漏量的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將流量信號接入壓縮機(jī)控制系統(tǒng)和站控系統(tǒng)。

1.監(jiān)測裝置流程

其中，1.熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)，2. 帶流量計(jì)傳感器的專用管段，3.流量計(jì)表頭，4.連接電纜，5.第一連接管，6.第二連接管，7. 填料泄漏放空管線，8.填料泄漏放空口，9.填料函端蓋，10.填料環(huán)，11.活塞桿，12.電纜，13.壓縮機(jī)控制柜，14.站控SCADA系統(tǒng)，15.去放空排污罐管線，16.填料放空排污罐，17.填料函。

2.流量計(jì)選型

（1）流量計(jì)的選擇

根據(jù)壓縮機(jī)填料放空壓力小、流量小的特點(diǎn)，選用熱式質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行測量。熱式流量計(jì)采用熱擴(kuò)散原理，熱擴(kuò)散技術(shù)是一種性能優(yōu)良、可靠性高的技術(shù)。熱式流量計(jì)有兩個溫度傳感器被置于介質(zhì)中時(shí)，其中一個傳感器被加熱到環(huán)境溫度以上的的溫度，另一個溫度傳感器用于感應(yīng)介質(zhì)溫度。介質(zhì)流速增加，介質(zhì)帶走的熱量增多，兩個溫度傳感器的溫度差將隨介質(zhì)的流速變化而變化，根據(jù)溫度差與介質(zhì)流速的比例關(guān)系，可得出流體的流量。熱式流量計(jì)具有計(jì)量準(zhǔn)確精度高、靈敏度高、測量范圍寬、可測量超小流量等優(yōu)點(diǎn)。

（2）流量計(jì)參數(shù)設(shè)定

往復(fù)式壓縮機(jī)填料泄漏量沒有明確標(biāo)準(zhǔn)，部分廠家一般要求泄漏量不超過排量的0.03%，按照某一壓縮機(jī)設(shè)計(jì)點(diǎn)排量為62×104Nm3/d，換算下來填料泄漏量應(yīng)不超過7.75Nm3/h，流量計(jì)量程選擇0.2-20Nm3/h。

壓縮機(jī)填料密封屬于動密封，填料環(huán)層層減壓，泄漏之后的天然氣壓力非常小，流量計(jì)壓力選擇0.5MPa，詳細(xì)參數(shù)見表1。

天然氣組分：甲烷91.95%，乙烷4.49%，丙烷1.09%，正丁烷0.19%，異丁烷0.18%，正戊烷0.05%，異戊烷0.09%，己烷0.06%，氮?dú)?.56%，二氧化碳1.34%。

3.流量計(jì)安裝

由于壓縮機(jī)氣缸振動較大，流量計(jì)采用分體安裝方式，將流量計(jì)傳感器安裝在尾桿填料放空管線與尾桿筒放空管線匯合后的管線上，表頭安裝于外部支架，流量計(jì)電纜現(xiàn)場采用鋼管穿線鋪設(shè)，滿足現(xiàn)場防爆要求。

（1）流量計(jì)傳感器安裝

流量計(jì)選擇安裝在尾桿填料放空管線與尾桿筒放空管線匯合后的管線上，再將流量傳感器安裝在三通上，通過卡套固定。

（2）流量計(jì)表頭安裝

流量計(jì)表頭安裝在壓縮機(jī)氣缸旁邊比較穩(wěn)固的支架上，用螺栓緊固。

（3）流量計(jì)電纜鋪設(shè)

流量計(jì)采用24V直流電源，從壓縮機(jī)控制柜接線。流量計(jì)傳感器電纜通過電纜套管，分別連接至流量計(jì)表頭和壓縮機(jī)PLC機(jī)柜，電纜走向見圖2

4.實(shí)現(xiàn)的功能

填料泄漏在線監(jiān)測裝置可實(shí)時(shí)監(jiān)測填料盒放空量和填料與活塞桿末級泄漏量，就地顯示，同時(shí)接入壓縮機(jī)控制系統(tǒng)和站控系統(tǒng)后可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，能及早發(fā)現(xiàn)填料磨損，排除故障，避免發(fā)生更嚴(yán)重的損壞。

參考文獻(xiàn)：

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