8SGT-MW64機組發動機缸套密封滲漏分析與對策

向清林，黃春建，龍 劍，黃 平

（1.中國石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司蜀南氣礦，四川瀘州 646000；2.新疆巴州塔里木能源有限責任公司，新疆庫爾勒 841000）

0 引言

國內某油田在用兩臺8SGT-MW64 機組，為直列8 缸式燃氣驅動壓縮機組，1992 年從庫伯公司引進，1993 年4 月投用。隨著機組使用年限的增加，設備老化，缸套密封泄漏現象加劇。先通過加大緊蓋螺栓扭矩解決泄漏，卻加劇密封面的磨損，導致泄漏現象更加嚴重，后只能通過停機、移缸蓋、取活塞、拔缸套，更換缸套上密封后回裝試運，嚴重影響生產運行。

1 缸套密封情況

氣缸套為一端帶有凸緣的光滑圓柱筒（圖1），支承凸肩的下端面與機體座孔端面緊密貼合，確定其軸向安裝位置，且在氣缸套螺栓壓力作用下，將內部水套密封，防止滲漏；其上端面則通過氣缸蓋墊片與氣缸蓋緊密結合，用以密封氣缸工作容積；為了防止高溫、高壓燃氣直接沖擊氣缸套墊片，保證可靠密封，在凸肩上端設有防焰環。氣缸套外表面上、下方設置密封帶，上密封帶與座孔緊密配合作為徑向定位，下密封帶與座孔間則為較寬松的配合，以有利于氣缸套的裝拆。上下密封帶由于擠壓發生彈性變形，將氣缸套與座孔之間的間隙密封，從而保持了冷卻水腔的密封，同時上端密封設置為矩形密封截面封水圈，還能起到吸收缸套振動的作用。

圖1 氣缸套

2 缸套上密封泄漏原因分析

經過分析，缸套密封泄漏主要有以下原因：①該機組投用至今已使用20 余年，機體密封面特別是缸蓋與缸套密封面、缸套與機體密封面經多次擠壓和冷卻液的長期沖刷已經產生變形，從而導致密封不嚴，產生滲漏；②該發動機組燃料氣源主要由外部供應，燃料氣組分存在變化，且隨外界環境的影響導致溫度變化、發動機爆震，引起缸套的劇烈振動，造成泄漏加劇；③機組地處新疆地區，季節變化及晝夜溫差較大，機組在長時間停機的情況下，由于溫度劇變，導致發動機密封面密封不嚴，從而造成滲漏；④存在設計缺陷，缸套密封墊為凹凸面缸墊（圖2），硬度太高、彈性模量較小，所需螺栓緊固預緊力較大，在受力擠壓時變形量較小，不易復原，安裝時可能不能填滿整個密封空間，在發生爆震時不能及時變形對密封空間進行填充；原密封墊存在凹凸面，安裝時其凸面朝向機體座孔端面，受力時與機體座孔相互擠壓變形，從而造成機體座孔密封面磨損，且不易修復，同樣加劇了泄漏。

圖2 缸套密封墊

3 缸套上密封泄漏常規解決方法

3.1 增大扭矩止漏

防止流體密封泄漏的基本方法是在密封口增加流體流動的阻力，而介質通過密封口的阻力是借助施加于壓緊面上的比壓力來實現的，作用在壓緊面上的密封比壓力越大，則介質通過密封口的阻力越大，越有利于密封。因而出現泄漏時，為了保證正常生產，在不停機的情況下首先是加大缸蓋螺栓扭矩，但此種方法將加大缸套上密封與機體之間的擠壓變形，加劇密封面的磨損，從而導致缸套密封泄漏現象更加嚴重。

3.2 更換缸套上密封止漏

在生產條件允許或者加大扭矩無效的情況下，可采用更換缸套上密封的方法制止泄漏，但是流程復雜，需停機、移缸蓋、取活塞、用專用工具拔缸套（圖3），更換密封后回裝試機恢復。此種方法能較好解決缸套上密封泄漏情況，但是耗費較多材料，如進、排氣道墊片、燃氣道墊片、氣缸蓋墊片、缸套下密封圈等。同時進行一次更換作業需停機約8 h，不僅增加了運行成本，而且加大了維修的難度和強度，且不能從根本上解決問題。

4 解決方法

4.1 解決方案

圖3 專用工具拔缸套

（1）氣缸套本體增設密封槽。改進缸套本體密封方式，將原有的支承凸肩下端面的直角部分增設1 個R2.5 mm 密封環槽，同時該環槽選用橡膠圈密封。改進后的冷卻液只有在新增的密封帶泄漏后才能通過氣缸套上密封帶泄漏，相當于給氣缸套上密封上了“雙保險”。但是此種方法存在3 個問題：①該密封圈尺寸不易確定，過小會造成密封不嚴產生漏水，過大會引起氣缸套變形，影響活塞或氣缸套間的正常配合；②增設密封槽會影響氣缸套本體的受力強度，氣缸套在工作時直接與高溫、高壓介質接觸，同時受到進氣冷空氣和外表面冷卻水的低溫作用，承受較大的機械應力和熱應力，增設的密封槽處將產生應力集中，在機組爆燃等情況下可能產生裂紋，造成重大事故；③缸套本體上方增設密封環槽，由于加工精度要求較高，將產生較高費用。

（2）從密封機理尋找止漏方法。“界面滲漏”不能得到根本解決，于是從“滲透泄漏”著手，通過改變墊片的結構和材料來防止滲漏。鑒于變形能力和回彈能力是形成密封的必要條件，建議該密封墊片采用黃銅材料。黃銅的強度和硬度比氣缸套和機體低，因而當墊片表面單位面積上所受到的壓緊力達到一定值（該值小于氣缸蓋螺栓扭矩）時，黃銅墊片便產生彈性變形，填滿上、下壓緊面處原有的凹凸不平處，堵塞了流體泄漏的通道，形成初始密封條件。同時對密封結構進行改進：原先使用的凹凸面密封，受力時與機體座孔相互擠壓變形，造成機體座孔密封面磨損，加劇泄漏；將原有的凹凸面密封改成平墊密封，該密封也屬于強制性密封，通過螺栓的預緊作用，使黃銅平墊產生彈性形變，填滿壓緊面的高低不平處，從而達到密封的目的。為了調整預緊力范圍，減小密封元件和密封面的接觸面積，選用窄面密封。

圖4 氣缸套增設密封槽

4.2 方案成果

最終選擇黃銅窄面平墊作為氣缸套上密封，密封寬度為3 mm，通過核算預緊力，可滿足要求。確定密封墊片材料及結構形式后，聯系加工制作，嚴把質量關，及時與廠家溝通交流反饋，及時改進處理，確保配件的正常使用。同時要求員工認真做好精心巡檢、精細操作、精準維護以確保機組的安全平穩運行。通過使用發現，機組缸套上密封泄漏現象得到了很好的解決。