刘志伟，杨新强，鞠兆刚

（中海油能源发展装备技术有限公司，天津 300450）

0 引言

往复式天然气压缩机是利用活塞在气缸内往复运动来压缩气体，以提高气体压力并输送具有一定压力气体的机械。它是海上采油平台以及陆地处理厂的关键设备之一，具有热效率高、运行稳定、适用压力范围广等诸多优点，主要用于天然气回注、外输、燃气透平燃料提压供给，在油气生产过程中发挥着重要作用。

目前中海油能源发展装备技术有限公司现有设备型号品牌较多，大多数为国外进口机组，常规年检的配件费用十分昂贵。而且随着压缩机本身及平台整体的服役年限增加，近年来压缩机故障率频繁，增加了维保工作量及工作难度。在采购定价及采购周期方面也存在不稳定的情况，容易造成维修保养工作不能按照计划时间实施，给设备运行带来隐患。为了解决上述问题，以及预防未来往复式压缩机配件维修不稳定的不利局面，开展了往复式压缩机配件国产化技术的研究与应用。

1 背景及意义

目前，海上采油平台往复式天然气压缩机填料密封结构包括气封和油封两部分。其中，气封部分是由4 组BT 型密封环构成的，每组2 个BT 型密封环；第4 组密封环组前有漏气回收口，但BT 型密封环起不到漏气密封的效果，导致实际参与密封的密封环只有3 组，而13 kg 的排气压力处于临界状态，很容易失效，进而引发气缸内压缩气体泄漏至曲轴箱内，容易造成润滑油乳化，成为设备运行的安全隐患。另外，油封部分的刮油盒设置在填料总成的固定法兰内，刮油环刮下的润滑油先是聚积在盒内，然后平流至回油孔，回油孔设置在固定法兰的端面上且直径较小，经常会出现回油不及时的问题，润滑油进入填料盒而加快油量消耗。

通过对压缩机年检件和大修故障件的设计核算方法、材料选型、制造工艺、检验方法等技术体系进行研究，掌握备件国产化的技术路线，实现压缩机年检件和大修故障件的完全国产化，在现有供货采购现状的基础上，降低采办成本（对比进口件），且技术性能不低于进口备件，最终摆脱国外技术垄断，拥有自己的核心技术。

往复式天然气压缩机至今已有百余年历史，在设计计算、结构参数优化、性能预测以及制造工艺等方面已日趋完善，特别是采用多级压缩可以获得比回转式压缩机高得多的压缩比。往复式天然气压缩机是石油化工、机械制造行业广泛应用的设备之一，具有适用压力范围广、效率高、适用性较强等优点。现代工业的发展，对压缩机的可靠性和经济性提出了更高的要求。

整体上，国外压缩机市场的整机生产、专业技术及配件加工制造水平等超过国内水平，市场几乎被国外公司垄断，各大压缩机厂家针对自己的品牌在世界各地设置代理点，行配件销售和技术支持等售后服务；国外往复式压缩机以其高效、稳定、环保等优点在市场上占据着重要地位。随着技术不断进步和全球化的加速，外国企业将继续巩固领先优势并扩大市场份额。

目前，国内往复式压缩机市场规模不断扩大，技术水平和产品质量稳步提升。与此同时，节能环保和智能化已成为行业发展的重要方向。未来国内往复式压缩机将更加注重产品创新、技术进步和品牌建设。国内往复式压缩机生产厂家，如中油济柴成都压缩机、重庆气体压缩机、中国石化机械三机分公司金属加工技术发展迅猛，可完成高精度、高强度、复杂零件的全链条加工，加工制造水平已经非常成熟。通过引进、消化吸收、再创新以及与国内厂家、大学院校合作，具备实现进口配件国产化的能力。

2 往复式天然气压缩机备件技术路线

针对平台和陆地两种工况，开展了进口压缩机配件国产化的技术研究。采集现场国产化压缩机相关数据，包括：①配件安装尺寸以及在机组上的布置；②压缩气体介质中的组分研究分析数据；③机组运行参数的采集，包括各级的进排气温度和压力、以及排气量等数据；④并针对各机组型号、工况的不同进行统计分析，筛选配件通用性较强的机组进行分析研制，最终确定国产化机组的品牌和机型。

根据分析结果，最终确定国产化配件包括：压缩机进排气阀、活塞环、支撑环、气密封、气密封总成、油密封、油密封总成、进排气阀密封、阀盖密封、边盖密封。

（1）往复式压缩机配件材料分析：①对进口材料作成分分析，确定进口材料的主要成分含量，包含但不限于对零件的化学元素，硬度、表面粗糙度、力学性能、金相组织测试；②对进口材料作物理实验检测，得到材料的主要性能参数；③根据微谱分析出的材料配比，混合成国产配件材料，并经检测保持和进口件同等性能参数。

（2）往复式压缩机样件试制技术选型。精确测绘进口压缩机压缩机进排气阀、活塞环、支撑环、气密封、气密封总成、油密封、油密封总成、进排气阀密封、阀盖密封、边盖密封配件的外形尺寸以及内部结构。通过以下5 项技术选型：①根据机组实际的气体工况计算气体绝热指数值和气体常数值，在同等压力和温度条件下气体不同流动性能差异；②配件安装尺寸设计以及通流面积设计；③根据气缸直径、机组转速、阀隙面积、计算出阀隙、环隙等配件速度模型；④通过气质中含液体和颗粒物多的状况，对比进口材料，进行国产化选材；⑤结合国家行业和厂家标准规范进行加工、热处理工艺研究，满足国产化生产现场使用要求。

（3）往复式压缩机配件装机验证。对国产配件的安装要求和进口件一样，进行性能测试、密封性考核，根据压缩机技术手册要求进行8000 h 测试，测试阶段监测机组各项参数，运行3000 h 后对国产配件进行抽检。在机组各级工作压力和初始参数一致的前提下，其国产化配件的使用寿命考核不低于进口配件。

3 研究内容及成果

本文为解决公知技术问题而提供一种往复式天然气压缩机填料密封结构，不但能有效避免压缩气体泄漏至曲轴箱内，还可避免润滑油进入填料箱内，保证压缩机组长期、稳定安全运行。

（1）实施方案为：该填料密封结构，包括气封部分和油封部分，所述气封部分包括主密封组件、油封部分包括刮油环，气封部分还包括设置在主密封组件后方的漏气密封环。漏气密封环设置在漏气密封填料盒内，漏气密封填料盒设置在固定法兰内部，在固定法兰靠近曲轴箱的一侧固接有刮油盒，刮油盒底部是回油出口，刮油环设置在刮油盒内。

（2）该方案的创新点主要有：在主密封组件的前方设有减压密封环，减压密封环设置在减压密封填料盒内；主密封组件包括4 道密封，每道密封包括2 个B T 密封圈和2 个金属阻流环；气封部分的漏气回收口设置在主密封组件第四道密封的后方；固定法兰上设有与所述漏气密封填料盒连通的充氮口。

（3）本次研究的优点及积极效果是：通过在主密封组件后方设置漏气密封环，加强了气封效果，能够有效避免压缩气体泄漏至曲轴箱内；通过将刮油盒固接在固定法兰的一侧并将回油出口设置在刮油盒的底部，可使刮油环刮下的润滑油顺畅地回流至曲轴箱，进而避免润滑油进入气封的填料箱。同时通过采取增设减压环、将漏气回收口设置在主密封组件第四道密封的后方和向漏气密封填料盒内充氮等措施，大大提高气封效果，延长密封结构的使用寿命，能够保证压缩机组长期、稳定安全运行（图1）。

图1 填料密封结构

图1 是一种往复式天然气压缩机填料密封结构，包括气封部分和油封部分，而气封部分又包括主密封组件及设置在主密封组件后方的漏气密封环，漏气密封环设置在漏气密封填料盒内，漏气密封填料盒设置在固定法兰内部，在固定法兰靠近曲轴箱的一侧固接有刮油盒，刮油盒底部是回油出口，刮油环设置在所述刮油盒内。

在本装置中，主密封组件的前方设有减压密封环，可以进一步加强气封效果，延长主密封的使用寿命。主密封组件包括4 道密封，每道密封包括两个BT 密封圈和两个金属阻流环，可以进一步提升气封效果，延长气封使用寿命。气封部分的漏气回收口设置在主密封组件第四道密封的后方，可使第4 道密封充分参与气封，提高主密封组件的气封效果。在固定法兰上设有与漏气密封填料盒连通的充氮口，在盒内充氮气可以防止泄漏气体进入曲轴箱，增强气封效果。

尽管图1 对本次研究内容的优选实施例进行了描述，但是本次研究内容并不局限于此，本领域的普通技术人员可在本次研究内容的启示下，在不脱离本次研究内容宗旨和权利要求所保护的范围的情况下做出很多形式。

4 结束语

通过调研收集现场实际情况以及对压缩机年检件和大修故障件的设计核算方法、材料选型、制造工艺、检验方法等技术体系进行研究，分别选择海上平台与陆地终端两种工况，对原配件进行测绘、材料分析、性能研究，制定配件加工、热处理工艺等分析。以掌握备件国产化的技术路线，实现压缩机年检件和大修故障件的完全国产化，在现有供货采购现状的基础上，降低采办成本（对比进口件），并在技术性能上不低于进口备件，最终摆脱国外垄断，使得国产配件在同等工况下的使用性能和寿命达到进口配件水平，逐步替代进口配件，拥有自己的核心技术。