中国石油四川石化设备检修部专家分享--介质泄漏对往复压缩机性能的影响分析

[摘要]：详细梳理了压缩机泄漏的各种形式，并通过建立数学计算模型，研究介质泄漏对压缩机性能影响规律，为机组泄漏问题诊断提供了分析思路。

[关键词]：往复压缩机；泄漏；性能；热工况

中图分类号：TH457 文献标志码：B

文章编号：1006-2971（2020）06-0053-03

1.引言

往复压缩机作为石化装置核心动力设备，其密封部件多、故障维修率高，不仅影响压缩机运行效能，甚至还能导致级间压比失衡、排气温度升高以及运动部件失效。因此，研究介质泄漏对往复压缩机性能的影响，对优化机组运行至关重要。

目前，国内已有很多专家、学者对往复压缩机泄漏进行了大量的研究工作。文献[1]考虑了多级往复压缩机抽气、凝析工艺等影响因素，改进了各级泄漏系数计算方法；文献[2]考虑了气体泄漏和不稳定传热耦合作用，建立了变质量系统气体压缩热力过程数学模型，研究了示功图的影响规律。文献[3]研究了气阀对往复压缩机可靠性、容积流量、能耗的主要影响因素。

本文详细梳理了压缩机泄漏的各种形式，并通过建立数学计算模型，研究泄漏对压缩机性能影响规律，为机组泄漏问题排查提供了分析思路。

2.介质泄漏形式

笔者在总结前人工程实践的基础上，结合自身实践经验，按系统界面、密封形式、失效形态，对压缩机泄漏进行了划分。

2.1 按系统界面划分

将压缩机及其辅机系统视作一个封闭系统，可根据介质泄漏后所处的位置，分为内漏和外漏。例如，气阀失效、活塞环失效即为内漏；填料函失效、缸头密封垫、缓冲罐等辅机密封垫失效、换热器内漏等即为外漏。工程实践表明，气阀失效和水冷器管束泄漏发生概率最大。

2.2 按密封形式划分

按照密封部件的失效机理，可分为动密封失效泄漏和静密封失效泄漏。例如，气阀、活塞环、填料函等多为运动副磨损而失效，即为动密封失效；各类法兰垫、O型密封圈失效、螺栓松动或断裂等即为静密封失效。工程实践表明，动密封失效最多。

2.3 按失效形态划分

按照密封部件的失效形态，可分为强度失效泄漏和磨损失效泄漏。例如气阀阀片断裂、弹簧断裂、活塞环断裂、螺栓断裂、焊缝开裂、换热器管束穿孔、密封垫断裂等，即为强度失效泄漏。

气阀、活塞环、填料环密封面机械运动磨损，以及密封垫、气阀流道、弯头、变径管因介质夹带液体或固体颗粒长期产生的腐蚀、冲蚀，这些均为磨损失效泄漏。

3.泄漏对压缩机性能影响的规律研究

本文以某企业渣油加氢装置三缸三级新氢压缩机为对象建立了泄漏模型，机组参数如下：一级进气压力19.6 kg/cm2G，三级排气压力205.6 kg/cm2G，各级进气温度均为40 ℃，一至三级气缸内径分别为495.3 mm、349.3 mm、254.0 mm，活塞杆外径分别为110 mm、120 mm、114 mm，活塞行程均为323.9 mm。

借鉴文献[4]提供的计算方法，笔者对其泄漏影响规律进行了仿真计算，具体计算公式及复算过程，这里不再赘述。该模型的边界及假设条件：（1）不考虑气阀、活塞环等内漏情况导致的气体温升；（2）不考虑泄漏时，压比、温升对过程指数的影响；（3）压缩机一级进气压力、三级排气压力由系统提供，不受漏气影响；（4）复算精度大于等于0.99时，迭代计算结束。

容积流量作为压缩机最核心的技术参数，API618[5]明确提出“允许的往复压缩机标准工业偏差依3%适用于流量和压缩机轴功率”，因此笔者将压缩机泄漏率的研究范围确定为该偏差的10倍，详细研究随着泄漏率从0~0.3逐渐变化，各级压力、进排气压力、排气温度的变化规律。

3.1 一级泄漏的热力影响

图1数据表明：当一级泄漏时，一级压比下降，二级压比微升，三级压力上升，其中三级压比变化最大。图2数据表明：二级、三级进气压力均出现下降。图3数据表明：一级排气温度下降，二级排气温度微升，三级排气温度上升，其中三级排气温度变化最大。这些现象说明压缩机一级漏气对三级的热工况和传动件受力影响很大。

3.2 二级泄漏的热力影响

图4数据表明：当二级泄漏时，一级压比上升，二级压比下降，三级压力微升，其中一级压比变化最大。图5数据表明：二级进气压力上升。

图6数据表明：一级排气温度上升，二级排气温度下降，三级排气温度微升，其中一级排气温度变化最大。这些现象说明压缩机二级漏气对一级的热工况和传动件受力影响较大。

3.3 三级泄漏的热力影响

图7数据表明：当三级泄漏时，一级压比微升，二级压比上升，三级压力下降，其中二级压比变化最大。图8数据表明：三级进气压力均出现上升。图9数据表明：一级排气温度微升，二级排气温度上升，三级排气温度下降，其中一级排气温度变化最大。这些现象说明压缩机三级漏气对二级的热工况和传动件受力影响较大。

4.结 语

（1） 本文因未考虑气阀、活塞环等内漏情况导致的气体温升，其该级排气温度的数值计算结果与实际不相符合，但它符合外漏规律。

（2） 虽其它数值计算结果与实际存在一定偏差，但其变化趋势与实际基本吻合，能够清晰解释泄漏对往复压缩机性能的影响，也为压缩机及其辅机系统泄漏部位的快速诊断提供了新的分析思路。

参考文献：

[1] 邹久朋.对于往复活塞式压缩机泄漏系数计算的改进[J].压缩机技术，1992，（6 ）：5-8

[2] 王君等.往复压缩机气体压缩热力过程研究[J].流体机械，2008，36（01）：22-25

[3] 贺运初等.气阀对往复压缩机主要性能的影响分析[J].压缩机技术，2010，（6 ）：16-19

[4] 胡家顺.活塞式压缩机变工况计算的改进[J].压缩机技术，1992，（4 ）：9-14

[5] 美国石油学会.API618石油、化工和气体工业用往复压缩机（第5版）[S].2007：109

作者简介：刘江（1987-），男，研究生，毕业于北京化工大学，现任四川石化公司全厂动设备状态监测主管，长期从事往复压缩机状态监测与故障诊断、动力学行为分析与失效机理研究。