压缩机冷却循环管路串入天然气问题原因分析

邵景海

摘 要 本文介绍了压缩机的工作原理和冷却器在压缩机工作中的作用，针对天然气串入冷却液的实际事例说明解决问题的思路和方法。

关键词 压缩机工作原理 冷却器 气封填料函

一、压缩机的工作原理

压缩机是各行业工业上广泛使用的机器设备，在石油化工行业的应用尤其普遍。压缩机的工作原理是通过原动机输出动力驱动压缩机曲轴做旋转运动，曲轴的旋转运动又通过曲柄连杆将旋转运动转变为十字头在滑道内做直线往复运动，十字头又带动活塞杆在气缸内做直线往复运动，实现气体的吸入、压缩、排出等过程。对于盖侧工作容积，活塞由外止点向曲轴方向移动时，进气阀打开，排气阀关闭，气体通过进气阀进入气缸。活塞由内止点向外止点移动时，进气阀和排气阀均关闭。随着气缸内的气体被压缩而压力逐渐升高，当压力超过排气阀外的气体压力时，排气阀打开，排出压缩气体。活塞移至外止点时，排气结束。气缸轴侧与盖侧工作过程相反。对于多级压缩机，上一级排出的气体经过冷却后被送到下一级，再进行压缩，最后一级排出的气体经过后冷却器输出，向用户提供合格的压缩气体。压缩机在压缩气体过程时会产生大量的热量，这些热量大部分留在气体中使气体温度升高，还有一部分传导给气缸使气缸温度升高，为使压缩机正常工作就要降低气体和压缩机缸体温度，为此就要使用冷却系统冷却气体和缸体。冷却方式主要有水冷和气冷，冷却介质在冷却系统管路中周而复始的循环冷却气体和缸体，保证压缩机气体和缸体的温度满足正常工作需要。

二、存在的问题

实例说明如下：新疆克拉玛依油田有一台2D8-35/1-19天然气压缩机，原冷却方式是水冷，但当地水质较硬较差，使用一段时间后冷却管路中存有大量的水垢和污垢，冷却效果下降，气体温度升高影响压缩机的正常使用。为解决此问题我们建议将冷却方式由水冷改为风冷，增加一台风冷器和冷却液储箱，冷却介质改用防冻液，这样就可以避免在冷却管路中产生水垢和污垢。改造后用户反映使用情况良好。可过了一段时间，用户打电话反映发现冷却液储箱内含有大量天然气，表明压缩机的气体系统和冷却系统互相串通，这在压缩机的正常工作中是不允许的，尤其是压缩介质是天然气而产生的泄露。

三、压缩机气体系统和冷却系统走向路线

气体系统走向路线：气体→一级进气缓冲罐→一级气缸→一级排气缓冲罐→中间冷却器→气液分离器→二级缓冲罐→二级气缸→二级排气缓冲罐→排气管路→风冷器→进用户使用系统。

冷却系统走向路线：（这里只说明和气体有串通可能性的管路路线）冷却液→一级气缸→中间冷却器→二级气缸→风冷器→冷却液储箱。

四、串入天然气问题原因分析

这次在更换风冷系统时，把立式列管中间冷却器同时更换，由于现场条件所限，没有行车和吊车可供使用，安装难度较大。在做好安全防护措施情况下，拟定好施工方案，认真按照施工方案作业。在组装中间冷却器时，先把中冷芯倒置，放入下密封垫圈后放入中间壳体，再放入中密封垫圈、钢圈和O型橡胶密封圈扣上底部壳体，用螺栓均匀对称连接紧固好。为防止翻起时中冷芯滑动跑位脱掉O型橡胶密封圈，用电焊将中冷芯和中间壳体点焊定位，翻立起来后用手持式砂轮机清除焊接部位焊点，放入上密封垫圈，将上壳体对正，再用螺栓均匀对称连接紧固好。

在风冷器和中间冷却器更换好以后，开始开车试运行观察各部位工作状况。当班工作人员在检查冷却管路时，发现走到冷却液储箱附近有天然气味道，用测试报警仪测试显示为高报警。猜测是中间冷却器组装的问题造成O型橡胶圈密封不好发生天然气泄漏。把中间冷却器底部的排污阀打开没有发现太多的液体，中间冷却器泄露的可能性不大。那问题出在哪里呢？会不会是一级气缸垫子破裂造成天然气体泄漏？前一段时间用户更换过一级缸盖，没有换缸盖垫子，它的破裂造成天然气泄漏串入冷却液可能性应该很大。停机拆开一级气阀检查发现缸体内没有出现液体，启动冷却液循环泵仔细观察未见有液体流出，一级缸盖垫子破裂造成天然气泄漏也可以排除。可哪里还会造成天然气泄漏呢？大家把目光又投向中间冷却器。由于中间冷却器的设计结构是气体走管称，液体走壳称，因此，怀疑有列管破裂或砂眼而造成天然气泄漏。排除这种怀疑也不难，使用打压泵给中间冷却器做打压试验就可以解决。打压泵打压后发现压力停留一段时间能够保持稳定，中间冷却器泄漏也可以排除。在风冷器中，气体和液体设计时就是两个互不连通的系统，根本不可能串通。在压缩机本体里防止气体和液体互相串通，用密封垫密封的部位就是一级缸体和二级缸体，还有气封填料函处。虽然二级缸盖垫子一年多没有拆卸，一、二级气封填料函的密封垫更是从来没有动过，它们出现问题的可能性不大，因为更换风冷器和中间冷却器前没有出现过天然气泄漏问题。但为了寻找问题的症结所在，大家还是准备全部检查一遍。先启动冷却液循环泵，打开一级中间接筒观察口，发现没有冷却液泄漏。打开二级中间接筒观察口，却发现气封填料函排污管漏液，这时二级进气阀拆掉，看到活塞内止点处有大量的冷却液往外泄漏，泄露部位找到了，可是冷却液怎么会往气封填料函两边泄露呢？如果是气封填料函的气缸侧密封垫损坏，气体和液体可以互相串通；如果是气封填料函的接筒侧O型密封圈损坏，气体和液体是不会互相串通的。仔细观察发现，在活塞内止点处冷却液沿着活塞杆周围的缝隙往外流，在中间接筒观察口发现气封填料函排污管漏液，气封填料函压盖处没有漏液。这样一个问题就出现了，这可是笔者从事压缩机工作二十年以来都没有碰到的问题。分析判断气封填料函壳体可能有破裂或砂眼腐蚀造成气体泄漏，停机启动冷却循环液时就会看到冷却液往两边泄露。拆下二级缸盖，抽出活塞杆，再把气封填料函压盖拆下，掏出填料。找来一截钢管塞进二级缸体，对准气封填料函壳体用大锤将其打动退出，取出来发现气封填料函壳体上有一个腐蚀孔，正是这个原因造成天然气串入冷却液。在气封填料函壳体上出现一个腐蚀孔则分析认为是在翻砂铸造时，壳体表面存有夹渣或不光滑平整有凹坑，冷却水质又较硬较差，长时间使用后造成该部位出现腐蚀孔。

五、结束语

在这次问题的分析过程中，我们始终本着气体和液体可能连通的部位去寻找，逐步排除。虽然起初怀疑是密封垫破损造成泄露，最后检查发现是气封填料函壳体上有一个腐蚀孔泄露，但这种分析方法无疑是正确的。