劉濤

在天然氣的儲存和運輸中，作為輸送動力的壓縮機是核心設(shè)備，設(shè)計選型時，較多采用的是離心式壓縮機和往復(fù)式壓縮機，離心式壓縮機較多應(yīng)用于壓縮比較低的場合，對于壓縮比較大的場合，則以往復(fù)式壓縮機的應(yīng)用居多。往復(fù)式壓縮機的特點是高壓比、低能耗、高效率、適用范圍廣，缺點是排氣不連續(xù)、轉(zhuǎn)速不宜過高、氣體攜帶油污、結(jié)構(gòu)較大、易損件多、維修工作量大。

一臺完整的往復(fù)式壓縮機包括運動機構(gòu)、工作機構(gòu)、機身、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)和控制安全系統(tǒng)。運動機構(gòu)包括曲軸、軸承、連桿、十字頭、聯(lián)軸器組成，它是一種曲柄連桿結(jié)構(gòu)，它把曲軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為十字頭的往復(fù)直線運動。機身是壓縮機的外殼，用來支撐和安裝整個運動機構(gòu)和工作機構(gòu)。工作機構(gòu)由氣缸、活塞、活塞桿、氣閥、填料等組成。氣缸呈圓筒形，兩端裝有吸氣閥與排氣閥，活塞在氣缸中間做往復(fù)運動與氣閥相應(yīng)的開、閉動作相互配合，使得缸內(nèi)氣體依次實現(xiàn)膨脹、吸氣、壓縮、排氣四個過程，不斷循環(huán)，將低壓氣體升壓而源源排出。

往復(fù)式壓縮機通過填料來密封氣缸與活塞桿之間的間隙，阻止氣缸中的高壓氣體沿著活塞桿向外泄漏。填料總成包括填料函和填料環(huán)，填料函由填料端蓋和多個填料盒組成，每個填料盒內(nèi)有多個填料環(huán)，填料環(huán)層層減壓，末端壓力非常小。填料在運轉(zhuǎn)時要產(chǎn)生大量的摩擦熱，大型壓縮機的填料函都設(shè)有冷卻水槽用來冷卻密封填料，保證密封填料的正常使用。

填料函不嚴(yán)可造成漏氣，氣體一旦進入冷卻水系統(tǒng)危害是很大的，它會造成“氣堵”使填料函不能正常供水，密封填料就會急劇升溫，嚴(yán)重的會燒毀填料環(huán)。不過現(xiàn)在新的往復(fù)式壓縮機填料盒之間多采用硬密封（即金屬密封），能較好的防止填料函泄漏。

填料泄漏因填料損壞引起，填料損壞多由填料環(huán)彈簧斷裂和填料環(huán)變形、鼓包、斷裂等造成，填料環(huán)和彈簧斷裂可形成碎屑，碎屑進入填料函與填料的接觸面會造成填料函劃傷，碎屑也可造成活塞桿的磨損。填料泄漏也可引起壓縮機壓比失調(diào)、排氣量降低等，導(dǎo)致壓縮機無法正常運行，對生產(chǎn)工作造成巨大損失。填料泄漏存在趨勢性，如果泄漏初期能夠及時監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，則可以有效避免因此導(dǎo)致的設(shè)備損壞甚至火災(zāi)爆炸事故。

目前對壓縮機填料的在線監(jiān)測主要是通過測量填料函溫度的變化，但通過對多年壓縮機填料磨損故障的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，在填料出現(xiàn)磨損泄漏時，填料函的溫度均未發(fā)生顯著改變，沒有起到有效的監(jiān)測保護作用，同時從壓縮機排氣壓力、排氣量等方面也無法有效判斷初始故障何時發(fā)生，現(xiàn)有的填料監(jiān)測手段對壓縮機填料故障的監(jiān)測作用不明顯，難以在泄漏初期及時解決問題。

為實現(xiàn)對填料泄漏量的實時定量監(jiān)測，能夠及早發(fā)現(xiàn)往復(fù)式壓縮機填料泄漏突然增大問題，保障設(shè)備運行的安全性，需要研制一種填料監(jiān)測裝置。本監(jiān)測裝置需要在壓縮機尾桿端填料放空管加裝小流量流量計，以實現(xiàn)泄漏量的實時監(jiān)測，并將流量信號接入壓縮機控制系統(tǒng)和站控系統(tǒng)。

1.監(jiān)測裝置流程

其中，1.熱式氣體質(zhì)量流量計，2. 帶流量計傳感器的專用管段，3.流量計表頭，4.連接電纜，5.第一連接管，6.第二連接管，7. 填料泄漏放空管線，8.填料泄漏放空口，9.填料函端蓋，10.填料環(huán)，11.活塞桿，12.電纜，13.壓縮機控制柜，14.站控SCADA系統(tǒng)，15.去放空排污罐管線，16.填料放空排污罐，17.填料函。

2.流量計選型

（1）流量計的選擇

根據(jù)壓縮機填料放空壓力小、流量小的特點，選用熱式質(zhì)量流量計進行測量。熱式流量計采用熱擴散原理，熱擴散技術(shù)是一種性能優(yōu)良、可靠性高的技術(shù)。熱式流量計有兩個溫度傳感器被置于介質(zhì)中時，其中一個傳感器被加熱到環(huán)境溫度以上的的溫度，另一個溫度傳感器用于感應(yīng)介質(zhì)溫度。介質(zhì)流速增加，介質(zhì)帶走的熱量增多，兩個溫度傳感器的溫度差將隨介質(zhì)的流速變化而變化，根據(jù)溫度差與介質(zhì)流速的比例關(guān)系，可得出流體的流量。熱式流量計具有計量準(zhǔn)確精度高、靈敏度高、測量范圍寬、可測量超小流量等優(yōu)點。

（2）流量計參數(shù)設(shè)定

往復(fù)式壓縮機填料泄漏量沒有明確標(biāo)準(zhǔn)，部分廠家一般要求泄漏量不超過排量的0.03%，按照某一壓縮機設(shè)計點排量為62×104Nm3/d，換算下來填料泄漏量應(yīng)不超過7.75Nm3/h，流量計量程選擇0.2-20Nm3/h。

壓縮機填料密封屬于動密封，填料環(huán)層層減壓，泄漏之后的天然氣壓力非常小，流量計壓力選擇0.5MPa，詳細參數(shù)見表1。

天然氣組分：甲烷91.95%，乙烷4.49%，丙烷1.09%，正丁烷0.19%，異丁烷0.18%，正戊烷0.05%，異戊烷0.09%，己烷0.06%，氮氣0.56%，二氧化碳1.34%。

3.流量計安裝

由于壓縮機氣缸振動較大，流量計采用分體安裝方式，將流量計傳感器安裝在尾桿填料放空管線與尾桿筒放空管線匯合后的管線上，表頭安裝于外部支架，流量計電纜現(xiàn)場采用鋼管穿線鋪設(shè)，滿足現(xiàn)場防爆要求。

（1）流量計傳感器安裝

流量計選擇安裝在尾桿填料放空管線與尾桿筒放空管線匯合后的管線上，再將流量傳感器安裝在三通上，通過卡套固定。

（2）流量計表頭安裝

流量計表頭安裝在壓縮機氣缸旁邊比較穩(wěn)固的支架上，用螺栓緊固。

（3）流量計電纜鋪設(shè)

流量計采用24V直流電源，從壓縮機控制柜接線。流量計傳感器電纜通過電纜套管，分別連接至流量計表頭和壓縮機PLC機柜，電纜走向見圖2

4.實現(xiàn)的功能

填料泄漏在線監(jiān)測裝置可實時監(jiān)測填料盒放空量和填料與活塞桿末級泄漏量，就地顯示，同時接入壓縮機控制系統(tǒng)和站控系統(tǒng)后可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控，并實現(xiàn)報警功能，能及早發(fā)現(xiàn)填料磨損，排除故障，避免發(fā)生更嚴(yán)重的損壞。

參考文獻：

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