往復式天然氣壓縮機備件國產化研究

劉志偉，楊新強，鞠兆剛

（中海油能源發展裝備技術有限公司，天津 300450）

0 引言

往復式天然氣壓縮機是利用活塞在氣缸內往復運動來壓縮氣體，以提高氣體壓力并輸送具有一定壓力氣體的機械。它是海上采油平臺以及陸地處理廠的關鍵設備之一，具有熱效率高、運行穩定、適用壓力范圍廣等諸多優點，主要用于天然氣回注、外輸、燃氣透平燃料提壓供給，在油氣生產過程中發揮著重要作用。

目前中海油能源發展裝備技術有限公司現有設備型號品牌較多，大多數為國外進口機組，常規年檢的配件費用十分昂貴。而且隨著壓縮機本身及平臺整體的服役年限增加，近年來壓縮機故障率頻繁，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定的情況，容易造成維修保養工作不能按照計劃時間實施，給設備運行帶來隱患。為了解決上述問題，以及預防未來往復式壓縮機配件維修不穩定的不利局面，開展了往復式壓縮機配件國產化技術的研究與應用。

1 背景及意義

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

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

往復式天然氣壓縮機至今已有百余年歷史，在設計計算、結構參數優化、性能預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式壓縮機高得多的壓縮比。往復式天然氣壓縮機是石油化工、機械制造行業廣泛應用的設備之一，具有適用壓力范圍廣、效率高、適用性較強等優點?，F代工業的發展，對壓縮機的可靠性和經濟性提出了更高的要求。

整體上，國外壓縮機市場的整機生產、專業技術及配件加工制造水平等超過國內水平，市場幾乎被國外公司壟斷，各大壓縮機廠家針對自己的品牌在世界各地設置代理點，行配件銷售和技術支持等售后服務；國外往復式壓縮機以其高效、穩定、環保等優點在市場上占據著重要地位。隨著技術不斷進步和全球化的加速，外國企業將繼續鞏固領先優勢并擴大市場份額。

目前，國內往復式壓縮機市場規模不斷擴大，技術水平和產品質量穩步提升。與此同時，節能環保和智能化已成為行業發展的重要方向。未來國內往復式壓縮機將更加注重產品創新、技術進步和品牌建設。國內往復式壓縮機生產廠家，如中油濟柴成都壓縮機、重慶氣體壓縮機、中國石化機械三機分公司金屬加工技術發展迅猛，可完成高精度、高強度、復雜零件的全鏈條加工，加工制造水平已經非常成熟。通過引進、消化吸收、再創新以及與國內廠家、大學院校合作，具備實現進口配件國產化的能力。

2 往復式天然氣壓縮機備件技術路線

針對平臺和陸地兩種工況，開展了進口壓縮機配件國產化的技術研究。采集現場國產化壓縮機相關數據，包括：①配件安裝尺寸以及在機組上的布置；②壓縮氣體介質中的組分研究分析數據；③機組運行參數的采集，包括各級的進排氣溫度和壓力、以及排氣量等數據；④并針對各機組型號、工況的不同進行統計分析，篩選配件通用性較強的機組進行分析研制，最終確定國產化機組的品牌和機型。

根據分析結果，最終確定國產化配件包括：壓縮機進排氣閥、活塞環、支撐環、氣密封、氣密封總成、油密封、油密封總成、進排氣閥密封、閥蓋密封、邊蓋密封。

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

（2）往復式壓縮機樣件試制技術選型。精確測繪進口壓縮機壓縮機進排氣閥、活塞環、支撐環、氣密封、氣密封總成、油密封、油密封總成、進排氣閥密封、閥蓋密封、邊蓋密封配件的外形尺寸以及內部結構。通過以下5 項技術選型：①根據機組實際的氣體工況計算氣體絕熱指數值和氣體常數值，在同等壓力和溫度條件下氣體不同流動性能差異；②配件安裝尺寸設計以及通流面積設計；③根據氣缸直徑、機組轉速、閥隙面積、計算出閥隙、環隙等配件速度模型；④通過氣質中含液體和顆粒物多的狀況，對比進口材料，進行國產化選材；⑤結合國家行業和廠家標準規范進行加工、熱處理工藝研究，滿足國產化生產現場使用要求。

（3）往復式壓縮機配件裝機驗證。對國產配件的安裝要求和進口件一樣，進行性能測試、密封性考核，根據壓縮機技術手冊要求進行8000 h 測試，測試階段監測機組各項參數，運行3000 h 后對國產配件進行抽檢。在機組各級工作壓力和初始參數一致的前提下，其國產化配件的使用壽命考核不低于進口配件。

3 研究內容及成果

本文為解決公知技術問題而提供一種往復式天然氣壓縮機填料密封結構，不但能有效避免壓縮氣體泄漏至曲軸箱內，還可避免潤滑油進入填料箱內，保證壓縮機組長期、穩定安全運行。

（1）實施方案為：該填料密封結構，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，氣封部分還包括設置在主密封組件后方的漏氣密封環。漏氣密封環設置在漏氣密封填料盒內，漏氣密封填料盒設置在固定法蘭內部，在固定法蘭靠近曲軸箱的一側固接有刮油盒，刮油盒底部是回油出口，刮油環設置在刮油盒內。

（2）該方案的創新點主要有：在主密封組件的前方設有減壓密封環，減壓密封環設置在減壓密封填料盒內；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；氣封部分的漏氣回收口設置在主密封組件第四道密封的后方；固定法蘭上設有與所述漏氣密封填料盒連通的充氮口。

（3）本次研究的優點及積極效果是：通過在主密封組件后方設置漏氣密封環，加強了氣封效果，能夠有效避免壓縮氣體泄漏至曲軸箱內；通過將刮油盒固接在固定法蘭的一側并將回油出口設置在刮油盒的底部，可使刮油環刮下的潤滑油順暢地回流至曲軸箱，進而避免潤滑油進入氣封的填料箱。同時通過采取增設減壓環、將漏氣回收口設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充氮等措施，大大提高氣封效果，延長密封結構的使用壽命，能夠保證壓縮機組長期、穩定安全運行（圖1）。

圖1 填料密封結構

圖1 是一種往復式天然氣壓縮機填料密封結構，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置在主密封組件后方的漏氣密封環，漏氣密封環設置在漏氣密封填料盒內，漏氣密封填料盒設置在固定法蘭內部，在固定法蘭靠近曲軸箱的一側固接有刮油盒，刮油盒底部是回油出口，刮油環設置在所述刮油盒內。

在本裝置中，主密封組件的前方設有減壓密封環，可以進一步加強氣封效果，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，可以進一步提升氣封效果，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。在固定法蘭上設有與漏氣密封填料盒連通的充氮口，在盒內充氮氣可以防止泄漏氣體進入曲軸箱，增強氣封效果。

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

4 結束語

通過調研收集現場實際情況以及對壓縮機年檢件和大修故障件的設計核算方法、材料選型、制造工藝、檢驗方法等技術體系進行研究，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。以掌握備件國產化的技術路線，實現壓縮機年檢件和大修故障件的完全國產化，在現有供貨采購現狀的基礎上，降低采辦成本（對比進口件），并在技術性能上不低于進口備件，最終擺脫國外壟斷，使得國產配件在同等工況下的使用性能和壽命達到進口配件水平，逐步替代進口配件，擁有自己的核心技術。