往復(fù)式壓縮機填料密封泄漏檢測及分析處理

焦偉

摘 要：近年來我國綜合國力的不斷增強，工業(yè)的迅猛發(fā)展，涌現(xiàn)出大量的工業(yè)企業(yè)。往復(fù)式壓縮機也稱往復(fù)活塞式（曲軸連桿型）壓縮機，具有結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)成熟，加工制造技術(shù)要求較低，壓縮比實現(xiàn)容易等特點，在壓縮機市場上占有主導(dǎo)地位，但往復(fù)式活塞壓縮機的缺點也是較明顯的。特別是對于氣閥、填料、活塞、缸套在各種工況下的密封問題，盡管相關(guān)研究機構(gòu)和生產(chǎn)單位一直在不斷進(jìn)行研究和改進(jìn)，目前仍然是往復(fù)式活塞壓縮機的難題。往復(fù)式壓縮機填料密封環(huán)是此類壓縮機的主要密封，作用是防止氣缸中的高壓氣體沿活塞桿表面泄漏，它是往復(fù)式壓縮機重要的零部件之一，高壓氣體沿活塞桿表面泄漏也是壓縮機外泄漏的主要途徑，而密封填料環(huán)的使用壽命，又是衡量往復(fù)式壓縮機品質(zhì)的重要因素。本文就往復(fù)式壓縮機填料密封泄漏檢測及分析處理展開探討。

關(guān)鍵詞：填料函;泄漏;天然氣濃度;壓縮機

引言

往復(fù)式壓縮機作為天然氣增壓處理設(shè)備，在石油工業(yè)中普遍應(yīng)用。壓縮機氣缸與傳動部件活塞桿密封形式為兩段式組合填料函，該型密封因結(jié)構(gòu)形式不能實現(xiàn)完全密封，允許有微量泄漏。當(dāng)天然氣泄漏量增大時具有隱蔽性，壓縮機在運行時氣缸溫度較高、傳動部件多，易燃易爆的天然氣如果聚集到一定濃度，有爆燃爆炸風(fēng)險。

1往復(fù)式壓機填料盒的作用、組成

往復(fù)式壓縮機填料盒（密封填料）的作用是防止氣缸中高壓氣體沿活塞桿向外泄漏。往復(fù)式壓縮機填料盒，包括由至少一個填料盒構(gòu)成的填料密封體，填料密封體主要由拉桿、壓蓋、法蘭、O型圈、水冷通道（冷卻套）、填料盒體、墊圈、密封環(huán)、減壓環(huán)、阻流環(huán)構(gòu)成。往復(fù)式壓縮機常用的填料環(huán)密封屬于動密封，當(dāng)氣缸內(nèi)與氣缸外存在一定壓差時，填料密封環(huán)的切向環(huán)、徑向環(huán)在工藝氣體壓力的作用下形成密封面，起到密封作用。經(jīng)長時間運行，填料環(huán)密封件被反復(fù)摩擦，密封效果逐漸減弱。通常密封環(huán)的使用壽命很大程度上決定了往復(fù)式壓縮機的檢維修周期。

2故障檢測

壓縮機氣缸密封泄漏量增加，常規(guī)巡檢時感知氣味變化、排放口的氣流大小可以初步判斷，為了精確判別泄漏量的變化情況及對環(huán)境的具體影響，需使用儀器輔助測量天然氣濃度，可選用多功能便攜式氣體檢測儀、甲烷激光檢測儀等。推薦檢測天然氣濃度的部位：氣缸中段冷放空引出口、曲軸箱呼吸口，必要時，分別檢測各氣缸排氣口或謹(jǐn)慎打開氣缸中段側(cè)邊蓋實際觀測。判斷天然氣壓縮機氣缸密封漏氣后，使用激光檢測儀（型號HS4000，一款用激光回波遙測甲烷濃度的超輕超高精度儀器）對運行中的機組各部位進(jìn)行天然氣濃度檢測：氣缸中段冷放空口甲烷濃度超過20000ppm，曲軸箱滑油呼吸口甲烷濃度達(dá)到5000ppm。壓縮機曲軸箱是多個傳動部件機械運動的封閉區(qū)域，部件正常工作時即有一定溫度，如果傳動異常有可能產(chǎn)生高溫摩擦，天然氣與空氣混合覆蓋具有極高風(fēng)險。該類隱患用戶應(yīng)重點識別、慎重對待。

3填料密封環(huán)泄漏原因分析

3.1材料方面的原因

填料密封環(huán)的材料應(yīng)具有塑性，有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性，不粘染介質(zhì)，受熱變形小且具有一定的耐磨性。如果所用填料密封環(huán)的材料不適宜所處環(huán)境，就會在高溫高壓下變形、碎裂或快速磨損，從而發(fā)生泄漏。因此在材料選擇方面，（這里主要指維修更換時），應(yīng)參照原設(shè)計并根據(jù)實際情況，選擇經(jīng)過實際檢驗、具有相當(dāng)實力的大公司的產(chǎn)品。購買或外委加工時，提供相關(guān)工況，聯(lián)合設(shè)計并參考密封填料環(huán)耐受力試驗數(shù)據(jù)，可能的情況下要求供方提供材料配比，保證密封環(huán)的使用壽命。

3.2節(jié)流環(huán)選型不合理

節(jié)流減壓環(huán)的主要作用就是在排氣時節(jié)流高壓側(cè)的大部分壓力，為后面的填料減輕負(fù)荷，減少填料的損壞。在活塞吸氣時，能夠阻止氣體從密封環(huán)向氣缸進(jìn)行反沖，從而有效地平衡由于氣體泄漏而導(dǎo)致的壓力降低。假如這個阻止作用失效，那么第一道密封環(huán)中的氣體壓力就會馬上下降，同時在接下來的氣缸進(jìn)行膨脹做功時，壓力會很容易的回到吸入壓力，作用在第一道環(huán)上面的力就會突然變向，造成徑向環(huán)以及切向環(huán)發(fā)生撞擊，對填料產(chǎn)生破壞。常見的破壞有切向環(huán)唇口折斷，損害彈簧，崩口等。通常主要起密封作用的是切向環(huán)，所以減壓環(huán)的減壓效果如何，會直接影響到密封的效果及密封環(huán)的使用壽命。

3.3裝配方面的原因

填料密封環(huán)及填料盒，因為都參與密封過程，相應(yīng)裝配精度要達(dá)到要求。由于任何材料在受熱情況下都會膨脹變形，密封環(huán)在密封盒中也不例外，一般軸向間隙0.3～0.35mm。實際中，相應(yīng)軸向間隙要根據(jù)填料盒、填料環(huán)的工況及材料考慮，因各種材料受熱膨脹系數(shù)的差異很大，必須根據(jù)具體的密封環(huán)材料進(jìn)行設(shè)計計算來確定合理的軸向間隙，以避免壓縮機工作狀態(tài)下填料密封環(huán)脹死在填料盒中。但過大的軸向間隙，會使密封環(huán)與填料盒撞擊，產(chǎn)生不良影響。徑向間隙也不可少，合理的徑向間隙可防止活塞桿下沉?xí)r密封環(huán)受壓，避免密封環(huán)損壞或變形。密封環(huán)的正常磨損用切口間隙補償，一旦密封環(huán)開始泄漏，往往切口間隙已為零，失去徑向補償作用。填料密封環(huán)的裝配精度受多重因素影響，密封環(huán)的自身精度是一個方面，而實際裝配到工作位置的精度，才是最終影響密封效果的關(guān)鍵。填料密封環(huán)組合安裝后，其內(nèi)孔與端面的垂直度是很重要的精度，如果垂直度超差，加上填料盒與活塞桿的裝配誤差，常會影響密封端面良好貼合，而無法起到密封作用。一般填料密封環(huán)應(yīng)在實際狀態(tài)下研磨，確保與活塞桿嚴(yán)密結(jié)合的同時，保持相關(guān)端面良好貼合。壓縮機工作中，如填料環(huán)內(nèi)孔產(chǎn)生異常磨損，如偏磨，常會造成填料密封斷面也不能正確貼合，無法良好密封。因填料密封必須有軸向間隙，當(dāng)活塞桿運動時，填料環(huán)也同時在軸向運動，如密封面間混入雜物也會造成泄漏。填料一般有水冷卻系統(tǒng)，各填料盒間采用耐熱O形橡膠密封圈密封。軸向安裝時，溝槽寬度、溝槽深度，應(yīng)滿足O形圈裝配標(biāo)準(zhǔn)。

4整改和預(yù)防措施

將填料盒密封組合形式由切向環(huán)+無切口間隙的阻流環(huán)改為切向環(huán)+徑向環(huán)（有切口間隙），徑向環(huán)朝向氣缸側(cè)。將三瓣直切口節(jié)流環(huán)改為具有內(nèi)雙螺旋溝槽、迷宮節(jié)流形式的整體式節(jié)流環(huán)。這樣可以更好的節(jié)流降壓還可以容納部分粉粒，為后面的填料密封組合創(chuàng)造更好的密封環(huán)境。壓縮機在運行期間，定期做氫氣采樣進(jìn)行分析化驗，保證氫氣純度，減少由于氫氣中腐蝕氣體和其它雜質(zhì)的存在影響壓縮機填料的密封壽命。將填料盒與氣缸端面的橡膠“O”型圈改為鋁質(zhì)或銅質(zhì)密封墊片。將填料研磨，使填料與填料盒之間的軸向間隙為0.30～0.35mm，以防止填料因熱膨脹出現(xiàn)卡澀而損壞失效。為保證密封環(huán)工作的可靠性，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格裝配質(zhì)量。對密封盒的密封表面進(jìn)行研磨，使研磨后各密封盒的密封表面粗糙度達(dá)到Ra0.80μm的表面質(zhì)量要求，并保證密封盒兩端面的平行度誤差不大于0.003mm。用工藝軸檢查或研磨密封圈內(nèi)孔，使其與活塞桿接觸面積達(dá)70%以上。嚴(yán)格按照安裝順序裝配切向環(huán)，徑向環(huán)和節(jié)流環(huán)，裝配過程中必須保證各密封盒與填料環(huán)的軸向靜間隙在0.30～0.35mm之間。在盒體組裝完后要用煤油做滲漏測試并檢查水路是否暢通。在現(xiàn)場安裝時要檢查填料盒與活塞桿的垂直度。

結(jié)語

微量泄漏是往復(fù)式壓縮機填料密封的特點，但泄漏的可接受程度因使用環(huán)境和安全管理需求不盡相同。響應(yīng)國家安全生產(chǎn)專項整治三年行動計劃的要求，準(zhǔn)確識別并治理重要設(shè)備的安全隱患，是石化行業(yè)設(shè)備管理者的重要使命。

參考文獻(xiàn)：

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