新氫壓縮機(jī)填料泄漏影響因素與改進(jìn)研究

李鎧名 魏鴻宇

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，石油化工企業(yè)也不斷增多，對(duì)加氫裝置的要求越來(lái)越高。新氫壓縮機(jī)作為加氫裝置中關(guān)鍵核心的設(shè)備主要是對(duì)新氫進(jìn)行加壓，并輸送到加氫反應(yīng)系統(tǒng)中，為加氫反應(yīng)提供氫氣，對(duì)加氫反應(yīng)有重要的作用。其運(yùn)行的安全可靠性對(duì)保障整個(gè)裝置的生產(chǎn)和工作效率有重要的意義。

關(guān)鍵詞：新氫壓縮機(jī)；填料泄漏；原因分析；改進(jìn)措施

Abstract：with the rapid development of China's economy，petrochemical enterprises are also increasing，and the requirements for hydrogenation units are higher and higher. As the key equipment of hydrogenation unit，the new hydrogen compressor is mainly used to pressurize the new hydrogen and transport it to the hydrogenation reaction system，which provides hydrogen for the hydrogenation reaction and plays an important role in the hydrogenation reaction. The safety and reliability of its operation plays an important role in ensuring the production and working efficiency of the whole plant.

Key words：new hydrogen compressor；packing leakage；cause analysis；improvement measures

1、填料密封結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1填料密封結(jié)構(gòu)

填料部件的組成結(jié)構(gòu)。填料環(huán)組安裝在填料杯槽內(nèi)，每個(gè)填料杯槽間采用O型圈密封的方式。組裝結(jié)束后，通過(guò)螺栓將整個(gè)填料部件和氣缸的軸側(cè)連接，加之合適的預(yù)緊力既保證了填料環(huán)槽之間的密封，也保證了填料盒末端通過(guò)末端墊片與氣缸的密封。根據(jù)需要，填料部件設(shè)置有潤(rùn)滑、冷卻、保護(hù)氣和漏氣回收。

1.2填料環(huán)組工作原理

從高壓側(cè)到低壓側(cè)依次是，起減壓作用的減壓環(huán)；起密封作用的主密封環(huán)組；最外側(cè)的氮?dú)饷芊猸h(huán)組，以阻止泄漏的氫氣從排氣孔泄漏到中間接筒。主密封環(huán)組由徑向環(huán)和切向環(huán)組成，高壓工況的主密封環(huán)通常還有阻流環(huán)，以保證切向環(huán)工作穩(wěn)定性，防止高溫、高壓下發(fā)生變形。切向環(huán)主要作用是密封作用，徑向環(huán)作用是減壓與泄壓的作用。當(dāng)氣體壓力不存在時(shí)，彈簧力作用在填料環(huán)上，將環(huán)瓣圍繞著活塞桿組合在一起。填料環(huán)組在杯槽中可以自由浮動(dòng)，用來(lái)補(bǔ)償活塞桿的徑向跳動(dòng)。密封環(huán)之間用銷(xiāo)/孔結(jié)構(gòu)固定相對(duì)位置，切向環(huán)的切口間隙被徑向環(huán)覆蓋，封閉了泄漏路徑，氣體從軸向間隙和徑向間隙進(jìn)入填料盒的杯槽內(nèi)，氣體壓力使填料環(huán)分別與活塞桿表面及杯槽端面形成密封。

2、新氫壓縮機(jī)填料泄漏原因分析

新氫壓縮機(jī)填料密封使用的是多組密封環(huán)布置，使高壓氣體逐級(jí)減少泄漏，從而保證填料密封的效果，其作用是密封氣缸和活塞桿之間的間隙。新氫壓縮機(jī)填料密封結(jié)構(gòu)包括：阻流環(huán)、密封環(huán)、填料盒、冷卻系統(tǒng)、漏氣回收裝置等。當(dāng)新氫壓縮機(jī)在工作時(shí)，高壓氣體從氣缸放出，沿著密封環(huán)的徑向切口進(jìn)入填料環(huán)與填料環(huán)槽之間的側(cè)隙，將背隙充滿高壓氣體，并作用于填料環(huán)的背面，保證了填料環(huán)和活塞桿之間的密封。

2.1氣體介質(zhì)中含有雜質(zhì)

在進(jìn)入新氫壓縮機(jī)氣缸時(shí)，填料密封腔體內(nèi)會(huì)沉積大量的沉積物。沉積物的產(chǎn)生是由于工藝介質(zhì)夾雜帶來(lái)的，主要是微細(xì)固體粉塵和結(jié)焦碳，具有較高的硬度，在填料密封腔處沉積會(huì)使密封填料產(chǎn)生嚴(yán)重的磨粒磨損，會(huì)嚴(yán)重降低活塞桿和填料密封環(huán)的使用壽命。

2.2填料密封盒冷卻水流量偏小

在新氫壓縮機(jī)使用過(guò)程中，填料密封部分會(huì)由于活塞桿和填料環(huán)之間劇烈的摩擦而生溫，若摩擦產(chǎn)生的熱量沒(méi)有及時(shí)去除，會(huì)產(chǎn)生異常磨損。填料密封盒用水和缸套用水之間的方式是并聯(lián)，填料密封處的管長(zhǎng)且壓降大，會(huì)導(dǎo)致填料密封處的冷卻水流量較小，不能及時(shí)降溫，會(huì)使填料密封性能降低，造成一定程度的泄漏，影響新氫壓縮機(jī)的使用壽命。

2.3活塞環(huán)槽軸向磨損

活塞環(huán)槽軸向磨損，活塞桿的使用壽命和活塞環(huán)槽的磨損量有著密切的關(guān)系，由于活塞桿長(zhǎng)時(shí)間處于上、下的往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，活塞環(huán)槽會(huì)和活塞環(huán)不斷的發(fā)生撞擊，會(huì)使活塞環(huán)槽表面發(fā)生磨損，鋁合金的機(jī)械強(qiáng)度會(huì)隨著溫度的升高而急劇降低，使得活塞環(huán)槽的磨損量會(huì)很大，造成填料泄漏現(xiàn)象。

2.4活塞桿和填料密封環(huán)之間摩擦過(guò)大

新氫壓縮機(jī)中的活塞桿和填料密封環(huán)是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的，填料密封環(huán)是通過(guò)抱緊活塞桿來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)的密封作用的，彈簧和環(huán)徑向之間的壓差會(huì)產(chǎn)生抱緊力，使填料環(huán)能夠抱緊活塞桿。彈簧的彈力越大，彈簧和環(huán)徑向之間的抱緊力會(huì)越大，會(huì)使活塞桿和填料環(huán)之間的摩擦力變大，產(chǎn)生熱量就會(huì)更多，會(huì)使填料環(huán)生溫迅速，而且溫度很高，會(huì)加大磨損；填料環(huán)常用填充聚四氟乙烯制成，具有較大的熱膨脹系數(shù)，若在初期階段摩擦產(chǎn)生的熱量不消除，會(huì)使填料環(huán)熱膨脹變形變大，而且由于填料環(huán)彈簧緊箍力很大，會(huì)造成摩擦力加大，磨損嚴(yán)重，這是惡性循環(huán)過(guò)程，在短時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重磨損；當(dāng)填料環(huán)和活塞桿之間的抱緊力變小時(shí)，摩擦力會(huì)減小，由于溫度下降，會(huì)使填料環(huán)收縮，使填料環(huán)和活塞桿之間的縫隙變大，造成填料泄漏，導(dǎo)致填料環(huán)和活塞桿之間的密封失效。

3、新氫壓縮機(jī)填料泄漏的改進(jìn)措施

3.1保證介質(zhì)純度

在新氫壓縮機(jī)的運(yùn)行中，氫氣是主要的工作介質(zhì)，對(duì)氫氣的純度有著較高的要求，要對(duì)氣缸中氫氣進(jìn)行定期采樣化驗(yàn)，保證氫氣的純度，降低氫氣源中含有的腐蝕性物質(zhì)對(duì)填料的腐蝕，提高新氫壓縮機(jī)的填料密封效果和使用壽命。通過(guò)對(duì)工藝的調(diào)整使壓縮機(jī)各項(xiàng)參數(shù)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的要求和生產(chǎn)的需求。在氣體進(jìn)入機(jī)組前，要將微細(xì)顆粒降到最小，并安裝氣固分離器，將固體顆粒和氣體分離開(kāi)來(lái)，有效避免氣缸和填料摩擦面之間的磨損現(xiàn)象，保證新氫壓縮機(jī)的工作效率和正常生產(chǎn)。

3.2保證冷卻系統(tǒng)中冷卻水流量

由于填料密封盒冷卻水流量小，導(dǎo)致不能及時(shí)降低摩擦產(chǎn)生的熱量，因此應(yīng)適當(dāng)增大循環(huán)水壓力及流量，有效降低活塞桿與填料環(huán)摩擦產(chǎn)生的熱量，將填料盒處的溫度控制在60℃左右，這樣能夠減少新氫壓縮機(jī)填料泄漏現(xiàn)象，有效延長(zhǎng)壓縮機(jī)的使用壽命，提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.3提高潤(rùn)滑效果

在新氫壓縮機(jī)整體結(jié)構(gòu)不變的情況下，定期的更換活塞密封環(huán)，調(diào)劑活塞密封環(huán)和缸體之間的縫隙，降低密封材料泄漏現(xiàn)象；或者在活塞環(huán)和填料環(huán)的制造中采用潤(rùn)滑性能好、耐磨性高的材料，能夠降低摩擦力，減少磨損對(duì)活塞桿和填料環(huán)的影響；還有一種措施是適當(dāng)降低彈簧緊箍力，并在填料環(huán)設(shè)計(jì)中加入間隙密封。

4、結(jié)束語(yǔ)

在新氫壓縮機(jī)的使用過(guò)程中，壓縮機(jī)活塞桿由于長(zhǎng)時(shí)間的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入氣缸的氫氣含有一定雜質(zhì)、活塞桿組合密封環(huán)緊箍力過(guò)大、填料密封盒冷卻水流量偏小等原因使得新氫壓縮機(jī)填料密封效果較差，發(fā)生填料泄漏現(xiàn)象，嚴(yán)重影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，甚至?xí)l(fā)生安全事故，造成極大的危害。因此，要針對(duì)新氫壓縮機(jī)填料泄漏現(xiàn)象原因進(jìn)行分析，并采取相應(yīng)的有效措施，減少填料泄漏現(xiàn)象，保證新氫壓縮機(jī)的長(zhǎng)周期的安全運(yùn)行，并加強(qiáng)對(duì)壓縮機(jī)的監(jiān)測(cè)和管理，提高機(jī)組的工作效率，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

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（作者單位：沈陽(yáng)金博氣體壓縮機(jī)制造有限公司）