往復(fù)式壓縮機(jī)填料泄漏分析及解決方案

趙雙巖，張亞寶

（中國(guó)石油大慶石化公司化工一廠，黑龍江大慶163714）

C-2101/2A 氫氣往復(fù)式壓縮機(jī)是某化工廠加氫抽提聯(lián)合二套裝置的核心設(shè)備。該設(shè)備是德國(guó)NEUMAN&ESSER GROUP 生產(chǎn)的雙缸雙作用立式結(jié)構(gòu)，型號(hào)為1+1TZS63。自1998 年投產(chǎn)一直運(yùn)行穩(wěn)定，近些年隨著設(shè)備結(jié)構(gòu)老化技術(shù)落后壓縮機(jī)的填料泄漏頻次逐漸增多（一般在3 至5 個(gè)月），泄漏量也逐漸增大。對(duì)壓縮機(jī)填料結(jié)構(gòu)實(shí)施改進(jìn)后，極大地減少泄漏量，延長(zhǎng)了壓縮機(jī)的運(yùn)行周期，從而降低了維護(hù)檢修成本和勞動(dòng)強(qiáng)度。

1 壓縮機(jī)填料密封結(jié)構(gòu)及原理

C-2101/2A 往復(fù)式氫壓縮機(jī)雙缸雙作用立式結(jié)構(gòu)，左列是補(bǔ)充氣，右列是循環(huán)氣，左右列填料結(jié)構(gòu)及尺寸完全相同，密封結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1［1～3］。

圖1 填料函密封結(jié)構(gòu)

1 套密封填料函由9 組密封構(gòu)成，除去高壓側(cè)節(jié)流環(huán)和低壓側(cè)泄漏密封環(huán)，其它7組密封環(huán)結(jié)構(gòu)相同，A 組為節(jié)流環(huán)；B 組為主密封環(huán)（徑向環(huán)、切向環(huán)、阻流環(huán)）；C 組為泄漏密封環(huán)（切向環(huán)），由高壓側(cè)至低壓側(cè)排列。其中節(jié)流環(huán)主要起到節(jié)流減壓作用，阻滯壓縮過(guò)程中高壓氣體對(duì)B組密封環(huán)的沖擊，或是膨脹過(guò)程中填料函內(nèi)氣體快速膨脹流回到氣缸。主密封環(huán)中的徑向環(huán)和切向環(huán)起密封作用，阻流環(huán)用于防止高溫高壓下密封環(huán)產(chǎn)生變形失效。泄漏密封環(huán)主要防止缸內(nèi)氣體外漏。

其工作原理是高壓側(cè)氣體從軸向間隙和徑向間隙進(jìn)入填料函的密封盒內(nèi)，氣體壓力使密封環(huán)分別與活塞桿表面及密封盒端面形成密封。當(dāng)氣體壓力不存在時(shí)，鐲形小彈簧力作用在密封環(huán)上，將密封環(huán)瓣圍繞著活塞桿箍緊組合在一起，徑向環(huán)的切口間隙被切向環(huán)堵住封閉了泄漏路徑，密封環(huán)之間用定位銷孔固定相對(duì)位置［4］。

2 填料密封泄漏原因分析

2.1 故障現(xiàn)象

2018 年8 月至2019 年9 月共進(jìn)行4 次檢修，根據(jù)C-2101/2A 檢修拆卸填料的情況發(fā)現(xiàn)2 次填料變形較大，2次因填料密封泄漏量增大拆卸檢修。

2.2 原因分析

2.2.1 冷卻系統(tǒng)問(wèn)題填料函冷卻系統(tǒng)堵塞會(huì)造成填料密封溫度過(guò)高密封環(huán)變形密封失效，填料冷卻水結(jié)垢也會(huì)導(dǎo)致填料函溫度升高密封環(huán)變形或是磨損加快，C-2101/2A 冷卻水是裝置通過(guò)凈化處理過(guò)的循環(huán)水，經(jīng)其它設(shè)備冷卻使用均沒(méi)問(wèn)題，在另外2臺(tái)國(guó)產(chǎn)壓縮機(jī)使用正常，拆卸排查內(nèi)部冷卻系統(tǒng)確有不暢因素存在，但不是主要原因。

2.2.2 填料密封環(huán)材質(zhì)問(wèn)題C-2101/2A 氫壓機(jī)和國(guó)產(chǎn)的C-2101B 和C-2102B 壓縮機(jī)同時(shí)使用“某壓縮機(jī)氣閥廠”填料，材質(zhì)均為石墨填充四氟（PTFE），3 臺(tái)壓縮機(jī)工況相同沒(méi)出現(xiàn)過(guò)相同的故障問(wèn)題，和廠家技術(shù)人員溝通確認(rèn)材質(zhì)沒(méi)問(wèn)題。

2.2.3 填料密封安裝間隙不符合標(biāo)準(zhǔn)填料密封的密封環(huán)組件在填料盒中的軸向間隙0.25～0.45 mm，軸向間隙過(guò)小壓縮機(jī)工作狀態(tài)時(shí)活塞桿和密封環(huán)摩擦溫度升高造成密封環(huán)膨脹卡死或磨損加快，間隙過(guò)大壓縮機(jī)工作時(shí)密封環(huán)隨著活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)會(huì)浮動(dòng)過(guò)大，造成端面密封失效。填料廠家重新核算間隙均符合要求［5］。

3 填料密封環(huán)技術(shù)改造

綜合以上幾點(diǎn)可以看出，填料密封泄漏量大的根本原因在于填料結(jié)構(gòu)本身。改進(jìn)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)填料密封環(huán)性勢(shì)在必行。根據(jù)認(rèn)真分析研究和參考，把B 組的7 組密封環(huán)（經(jīng)向環(huán)、切向環(huán)、阻流環(huán)）中徑向環(huán)和切向環(huán)進(jìn)行改進(jìn)，原設(shè)計(jì)和改進(jìn)后的密封環(huán)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2、3。

圖2 原設(shè)計(jì)主密封環(huán)的結(jié)構(gòu)

圖3 改進(jìn)后主密封環(huán)的結(jié)構(gòu)

B 組密封環(huán)原設(shè)計(jì)的徑向環(huán)，切向環(huán)、阻流環(huán)組合改為3 斜口密封環(huán)T、3 斜口密封環(huán)P 和阻流環(huán)。在高壓狀態(tài)下密封環(huán)T 和P 都能更好地起到軸向密封作用，并在密封環(huán)P平面上（高壓側(cè)）開(kāi)設(shè)3 條導(dǎo)氣槽。填料密封環(huán)在氣缸側(cè)被壓縮時(shí)在氣體力的作用下形成3個(gè)密封面，3斜口密封環(huán)T和P的2 端面形成密封，密封環(huán)T 和P 內(nèi)徑同時(shí)與活塞桿形成密封面，加強(qiáng)了原來(lái)1 個(gè)密封環(huán)的密封性，密封環(huán)T與阻流環(huán)端面密封，阻流環(huán)端面與密封盒端面形成密封面。氣缸吸氣時(shí)，氣體通過(guò)密封環(huán)P的導(dǎo)氣槽回流到氣缸，密封盒內(nèi)的氣體壓力逐漸下降，保證在下1個(gè)壓縮過(guò)程中填料密封環(huán)的前后又建立起新的壓差，使填料密封環(huán)形成3個(gè)密封面起到密封作用，有效解決了壓縮機(jī)填料泄漏問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

2019年9月更換填料密封后，裝置運(yùn)行一直穩(wěn)定。由此而產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益：備件消耗及每次檢修必須更換所有費(fèi)用2.17×104元，每年按檢修1次計(jì)算節(jié)約費(fèi)用3×2.17=6.51×104元。另外，停工產(chǎn)生的直接損失和間接損失，將直接影響化工廠的經(jīng)濟(jì)效益，其次填料泄漏氫氣給裝置安全帶來(lái)隱患，威脅到整個(gè)裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。