[摘要]：詳細(xì)梳理了壓縮機泄漏的各種形式，并通過建立數(shù)學(xué)計算模型，研究介質(zhì)泄漏對壓縮機性能影響規(guī)律，為機組泄漏問題診斷提供了分析思路。
[關(guān)鍵詞]：往復(fù)壓縮機；泄漏；性能；熱工況
中圖分類號：TH457 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
文章編號：1006-2971（2020）06-0053-03
1.引言
往復(fù)壓縮機作為石化裝置核心動力設(shè)備，其密封部件多、故障維修率高，不僅影響壓縮機運行效能，甚至還能導(dǎo)致級間壓比失衡、排氣溫度升高以及運動部件失效。因此，研究介質(zhì)泄漏對往復(fù)壓縮機性能的影響，對優(yōu)化機組運行至關(guān)重要。
目前，國內(nèi)已有很多專家、學(xué)者對往復(fù)壓縮機泄漏進(jìn)行了大量的研究工作。文獻(xiàn)[1]考慮了多級往復(fù)壓縮機抽氣、凝析工藝等影響因素，改進(jìn)了各級泄漏系數(shù)計算方法；文獻(xiàn)[2]考慮了氣體泄漏和不穩(wěn)定傳熱耦合作用，建立了變質(zhì)量系統(tǒng)氣體壓縮熱力過程數(shù)學(xué)模型，研究了示功圖的影響規(guī)律。文獻(xiàn)[3]研究了氣閥對往復(fù)壓縮機可靠性、容積流量、能耗的主要影響因素。
本文詳細(xì)梳理了壓縮機泄漏的各種形式，并通過建立數(shù)學(xué)計算模型，研究泄漏對壓縮機性能影響規(guī)律，為機組泄漏問題排查提供了分析思路。
2.介質(zhì)泄漏形式
筆者在總結(jié)前人工程實踐的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身實踐經(jīng)驗，按系統(tǒng)界面、密封形式、失效形態(tài)，對壓縮機泄漏進(jìn)行了劃分。
2.1 按系統(tǒng)界面劃分
將壓縮機及其輔機系統(tǒng)視作一個封閉系統(tǒng)，可根據(jù)介質(zhì)泄漏后所處的位置，分為內(nèi)漏和外漏。例如，氣閥失效、活塞環(huán)失效即為內(nèi)漏；填料函失效、缸頭密封墊、緩沖罐等輔機密封墊失效、換熱器內(nèi)漏等即為外漏。工程實踐表明，氣閥失效和水冷器管束泄漏發(fā)生概率最大。
2.2 按密封形式劃分
按照密封部件的失效機理，可分為動密封失效泄漏和靜密封失效泄漏。例如，氣閥、活塞環(huán)、填料函等多為運動副磨損而失效，即為動密封失效；各類法蘭墊、O型密封圈失效、螺栓松動或斷裂等即為靜密封失效。工程實踐表明，動密封失效最多。
2.3 按失效形態(tài)劃分
按照密封部件的失效形態(tài)，可分為強度失效泄漏和磨損失效泄漏。例如氣閥閥片斷裂、彈簧斷裂、活塞環(huán)斷裂、螺栓斷裂、焊縫開裂、換熱器管束穿孔、密封墊斷裂等，即為強度失效泄漏。
氣閥、活塞環(huán)、填料環(huán)密封面機械運動磨損，以及密封墊、氣閥流道、彎頭、變徑管因介質(zhì)夾帶液體或固體顆粒長期產(chǎn)生的腐蝕、沖蝕，這些均為磨損失效泄漏。
3.泄漏對壓縮機性能影響的規(guī)律研究
本文以某企業(yè)渣油加氫裝置三缸三級新氫壓縮機為對象建立了泄漏模型，機組參數(shù)如下：一級進(jìn)氣壓力19.6 kg/cm2G，三級排氣壓力205.6 kg/cm2G，各級進(jìn)氣溫度均為40 ℃，一至三級氣缸內(nèi)徑分別為495.3 mm、349.3 mm、254.0 mm，活塞桿外徑分別為110 mm、120 mm、114 mm，活塞行程均為323.9 mm。
借鑒文獻(xiàn)[4]提供的計算方法，筆者對其泄漏影響規(guī)律進(jìn)行了仿真計算，具體計算公式及復(fù)算過程，這里不再贅述。該模型的邊界及假設(shè)條件：（1）不考慮氣閥、活塞環(huán)等內(nèi)漏情況導(dǎo)致的氣體溫升；（2）不考慮泄漏時，壓比、溫升對過程指數(shù)的影響；（3）壓縮機一級進(jìn)氣壓力、三級排氣壓力由系統(tǒng)提供，不受漏氣影響；（4）復(fù)算精度大于等于0.99時，迭代計算結(jié)束。
容積流量作為壓縮機最核心的技術(shù)參數(shù)，API618[5]明確提出“允許的往復(fù)壓縮機標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)偏差依3%適用于流量和壓縮機軸功率”，因此筆者將壓縮機泄漏率的研究范圍確定為該偏差的10倍，詳細(xì)研究隨著泄漏率從0~0.3逐漸變化，各級壓力、進(jìn)排氣壓力、排氣溫度的變化規(guī)律。
3.1 一級泄漏的熱力影響
圖1數(shù)據(jù)表明：當(dāng)一級泄漏時，一級壓比下降，二級壓比微升，三級壓力上升，其中三級壓比變化最大。圖2數(shù)據(jù)表明：二級、三級進(jìn)氣壓力均出現(xiàn)下降。圖3數(shù)據(jù)表明：一級排氣溫度下降，二級排氣溫度微升，三級排氣溫度上升，其中三級排氣溫度變化最大。這些現(xiàn)象說明壓縮機一級漏氣對三級的熱工況和傳動件受力影響很大。
3.2 二級泄漏的熱力影響
圖4數(shù)據(jù)表明：當(dāng)二級泄漏時，一級壓比上升，二級壓比下降，三級壓力微升，其中一級壓比變化最大。圖5數(shù)據(jù)表明：二級進(jìn)氣壓力上升。
圖6數(shù)據(jù)表明：一級排氣溫度上升，二級排氣溫度下降，三級排氣溫度微升，其中一級排氣溫度變化最大。這些現(xiàn)象說明壓縮機二級漏氣對一級的熱工況和傳動件受力影響較大。
3.3 三級泄漏的熱力影響
圖7數(shù)據(jù)表明：當(dāng)三級泄漏時，一級壓比微升，二級壓比上升，三級壓力下降，其中二級壓比變化最大。圖8數(shù)據(jù)表明：三級進(jìn)氣壓力均出現(xiàn)上升。圖9數(shù)據(jù)表明：一級排氣溫度微升，二級排氣溫度上升，三級排氣溫度下降，其中一級排氣溫度變化最大。這些現(xiàn)象說明壓縮機三級漏氣對二級的熱工況和傳動件受力影響較大。
4.結(jié) 語
（1） 本文因未考慮氣閥、活塞環(huán)等內(nèi)漏情況導(dǎo)致的氣體溫升，其該級排氣溫度的數(shù)值計算結(jié)果與實際不相符合，但它符合外漏規(guī)律。
（2） 雖其它數(shù)值計算結(jié)果與實際存在一定偏差，但其變化趨勢與實際基本吻合，能夠清晰解釋泄漏對往復(fù)壓縮機性能的影響，也為壓縮機及其輔機系統(tǒng)泄漏部位的快速診斷提供了新的分析思路。
參考文獻(xiàn)：
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[3] 賀運初等.氣閥對往復(fù)壓縮機主要性能的影響分析[J].壓縮機技術(shù)，2010，（6 ）：16-19
[4] 胡家順.活塞式壓縮機變工況計算的改進(jìn)[J].壓縮機技術(shù)，1992，（4 ）：9-14
[5] 美國石油學(xué)會.API618石油、化工和氣體工業(yè)用往復(fù)壓縮機（第5版）[S].2007：109
作者簡介：劉江（1987-），男，研究生，畢業(yè)于北京化工大學(xué)，現(xiàn)任四川石化公司全廠動設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測主管，長期從事往復(fù)壓縮機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷、動力學(xué)行為分析與失效機理研究。
