高压往复压缩机填料润滑断流报警故障分析

（中石化石油机械股份有限公司三机分公司，湖北 武汉 430000）

摘  要：通过对往复压缩机气缸填料高、低压注油点和气缸注油系统口润滑油供油异常，引起气缸注油系统断流报警，导致机组停机问题的分析，通过观察发现注油管线压力表异常升高，判断为填料内部低压润滑点的润滑油排油通道不畅，造成润滑管线的油压上升。提出了高压往复压缩机填料注油系统设计建议和关注要点，并对故障机组填料和注油系统进行设计调整，填料润滑的断流报警故障得到排除。

关键词：高压；往复式压缩机；填料；润滑；分配器；低压注油点；断流报警

引 言

往复式压缩机注油系统是保证压缩机能正常运行的关键部件之一，填料、活塞环需要通过注油系统注油使得摩擦副得到润滑和冷却。通常填料注油方式有两种，分别为点对点式和递进式比例分配式。当注油点少时，可采用润滑单泵到各润滑点的点对点注油方式；当压缩机列数多、润滑点数多时，通常采用递进式比例分配式使润滑系统得到简化。

某油田天然气压缩站压缩机采用分配器式注油方案，运行期间多次出现断流报警停机故障，通过排查润滑系统注油泵头、过滤器、分配器、断流保护开关、单向阀等元器件本身的原因后问题依然存在。

1 润滑系统基本情况

该往复式压缩机组为六列两级天然气压缩机，一级和二级各3个气缸。一级进气压力5MPa，末级排气压力35MPa。注油方式为递进比例分配式，，该注油系统由注油器、汇油块、压力表、过滤器、分配器、单向阀、断流保护开关等构成。

一级气缸和一级填料各3个，每个气缸、填料各1个注油点；二级气缸、二级填料和二级尾杆填料各3个，其中二级气缸1个注油点，二级填料和二级尾杆填料各2个注油点。整个机组注油点总计21个，分4路由4个分配器引到各注油点：其中一级3个气缸注油点和3个一级填料注油点采用一个分配器；二级3个气缸注油点采用一个分配块；二级3个填料高压注油点和3个尾杆填料高压注油点采用一个分配器；二级3个填料低压注油点和3个尾杆填料低压注油点采用一个分配器，每个分配器配置有断流报护开关，若该分配器中任意一个注油口发生堵塞或者故障，分配器将停止工作，触发无油流报警停机。

机组运行一段时间后，多次发生断流报警停机反馈，通过对故障现状的统计，故障集中出现在二级填料及尾杆填料低压注油点的分配器上，而其他润滑点分配器很少出现报警停机故障。

2 原因分析

2.1 故障现象

为深入了解故障原因，笔者在机组运行过程中持续观察了注油器泵头出口汇油块上各压力表的压力波动情况。通过观察发现，当注油器泵头泵油时，各泵头出口汇油块上的压力表指针从0上升到一定的值，完成注油后，指针表又回到0，其压力变化随着泵头的注油按规律变化。而在填料的低压注油点注油时，在不同时刻观察到的最大压力值波动较大，刚启机时压力较低，运行一段时间后最大压力值上升，甚至持续缓慢上升到大于同级填料高压注油点的注油压力，如观察到同一时间的填料高压注油点压力为16MPa,而填料低压注油点压力到22MPa，润滑油在高压力持续注油一段时间后，就会触发无油流报警停机故障。

排除注油器润滑系统管件如分配器、过滤器、单向阀等本身的原因及管件中进气体等因素后，有必要对机组的填料结构及工作原理进行了解。

2.2 填料密封介绍

机组的二级填料和二级尾杆填料密封完全相同，均由2片减压环、5组主密封和1组漏气密封环组成，其中减压环最靠近气缸的压缩腔，节流一部分高压气体，同时防止气缸吸气过程中，气体从填料盒内迅速回流到气缸，使密封环‘爆开’，造成密封过早失效，主密封环由径向环、切向环和阻流环组成，气体经过一组填料环后压力降低，通过5组主密封将35MPa压力的气体密封，需要指出的是，各组填料环并不是均匀的承担压力降，而是最靠近气缸的密封环承受了绝大部分的压力。随着靠近气缸的填料环磨损后，之后的主填料环逐步承担起密封大部分压力的任务。漏气密封环在环组的最外侧，用来密封主密封环漏过来的微量气体，在漏气密封环和主密封环之间设有漏气排放口，通过漏气排放管线引到废气罐集中排放。

2.3 填料内部注油点及油路情况

二级填料高压注油点在第一组主密封和第二组主密封之间，二级填料低压注油点在第三组主密封和第四组主密封之间。根据径向、切向填料环组的密封特点，在曲轴旋转一周，即活塞的一个工作行程内，填料盒内的气体经过了气缸内气体流进和回流的过程，在回流过程中，润滑油可随着回流的气体进入气缸，其中，填料高压润滑点的润滑油排到气缸只有一组主密封和两个减压环阻隔，而填料低压注油点的润滑油要排到气缸则需要克服三组主密封和两个减压环的阻碍，还包括高压润滑点的润滑油阻力。因此，相比填料高压注油点的润滑油，填料低压注油点的润滑油更难排出到气缸，而低压注油点的润滑油要通过漏气排放口排出到填料盒外还需要经过两组主密封，如果后两组主密封密封效果好，泄漏的气量较小而使填料中润滑油来不及排出时，填料低压注油点的润滑油压力将会持续升高，最终造成润滑系统故障报警停机。通过比较发现，填料高压注油点靠近气缸，排油受填料环密封的阻碍影响小，排油通畅。揭示了二级填料高压注油点不出现报警而二级低压填料出现报警的原因。

3 改善措施

由于低压注油点位于第三组主密封和第四组主密封之间，在填料和注油系统工作时，向气缸或向填料的漏气排放口排油通道通畅与否不能确定性，容易造成填料低压注油点注油压力升高、甚至堵塞。该机组注油系统设计时考虑了系统压差对分配器式润滑系统运行的影响因素，基于在同一位置的填料内注油压力相同的假设，将压缩机将二级填料低压润滑点和尾杆填料低压润滑点连接在同一个分配器上。虽然注油点在各填料的位置相同，但在实际运行中各个二级填料与活塞杆的对中性、填料环的表面粗糙度及环的磨损情况不同步，不能保证各低压注油点处的气体压力一致性，考虑填料环中间的注油点润滑油排油不通畅，在同一压缩级数的不同填料内注油压力很大差异有。各个二级填料低压注油点的压力变化范围大，导致各润滑点处的压力不满足按工作压差相近的分组条件；填料的润滑起着提供润滑油膜和带走摩擦热量的作用，通过压缩机填料注油及活塞杆布油分析，润滑油在活塞杆往复运动作用下可分布到活塞杆与各填料函的摩擦面上。在满足填料润滑油量的前提下，考虑使用一个注油点对填料进行润滑。

通过对机组注油系统及填料的分析，提出如下改善措施：

（1）由于填料部件低压注油点润滑油排油不畅及各二级填料低压注油点气体压力波动大，取消二级填料低压注油点，并适当增加二级填料高压注油点注油量，保持二级填料润滑油用量。

（2）整个注油系统设计除取消填料低压注油点润滑管路外，其余维持原设计分组思路，尽可能消减分配器注油点压力差值。

（3）在设计填料润滑注油点时，不仅要考虑润滑油能使各摩擦面得到润滑，还需要注意使注入的润滑油可以通畅的排走。

4 结论

通过对高压填料密封机理的研究和压缩机填料排油方式的分析，得出在35MPa及以下工况下，压缩机填料设计优先采用单点注油润滑的设计思路，可以简化注油系统设计兼提高系统的稳定性，实施验证效果良好。

参考文献

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[2] 郁永章.   容积式压缩机技术手册[M]. 北京：机械工业出版社 , 2000

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[4] 赵波.压缩机频繁无油流报警停机分析与处理[J].石油化工设备，2011,40（SI）:91-93

      来源：化学工程与装备-官方网站-创刊于1972    2022年第11期  在线投稿  >>