往復壓縮機氣封填料故障分析及安裝維護

郭威+石爽

摘 要 文章文介紹了沈陽氣體壓縮機廠出廠的4M50型壓縮機的活塞桿氣封的結構及基本原理，主要對現場使用發生泄漏的故障進行針對性檢查分析，從失效原理、密封環材料的選用、現場裝配問題、冷卻水質的好壞等多方面進行故障分析，并對故障的處理進行了介紹，也對密封環保存、裝配注意事項、各部位間隙注意等安裝問題進行了介紹，還對運行使用所需注意事項進行介紹，用以避免及減少失效故障的發生，保證運行的安全，最后進行必要的總結。

關鍵詞 往復式壓縮機；活塞桿；密封填料

中圖分類號：TH45 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）14-0082-02

往復式活塞壓縮機在石油化工行業中廣泛應用，發揮了重要作用，但也經常出現由各種原因引起的運行故障，造成生產上的波動影響裝置的安全生產。

其中密封填料作為防止被壓縮氣體泄漏的部件系統，其故障率較高，本文對其泄漏失效故障進行分析和處理，現以煉油廠某裝置氫氣壓縮機（型號4M50-24.5/23-192-BX）三級密封填料泄漏故障維修為例進行分析處理，并對密封原理安裝運行維護等進行簡單介紹，以便有效延長機組的正常運轉時間，保證安全生產。

1 氣封填料的結構及密封原理

1.1 填料結構

分析部件問題產生的原因，首先要弄清楚結構，才能從根本上對問題進行解決。

密封填料函組成，由4F-4材質徑向密封環和切向密封環（見圖1）、ZQSn6-6-3材質阻流環（見圖1）組成密封元件組外加2組ZQSn6-6-3材質節流環（形狀如阻流環，厚度增加）及2組4F-4材質氮氣密封環（形狀如徑向密封環，厚度增加）組成，每件密封環為三瓣式結構由彈簧固定連接成圓。

每組密封環中的密封元件由裝配彈簧固定并提供使密封元件與活塞桿表面接觸的預緊力，裝配彈簧使分瓣式密封環組裝為整環，密封環之間用銷釘固定相對位置，各切口相互錯開，用以封閉泄漏路徑；整個環組在環槽內能夠自由浮動，補償活塞桿的徑向擺動。阻流環作用為防止填充聚四氟乙烯的密封環在高溫高壓下變形。密封環的組數由工作壓差決定，密封環的材質由氣體溫度、氣體成分、潤滑、活塞桿材質表面粗糙度等決定。

密封元件組合后安裝在材質為2Cr13的金屬填料盒中，各組填料盒間用氟膠圈密封由連接螺栓固定后放置于套筒內，填料盒外側缺口與套筒組成冷卻循環水通道，最外層低壓側為帶有潤滑油孔、冷卻水孔、漏氣回收孔、前置氮氣室的填料法蘭，由螺栓固定在中間接筒內，高壓側填料盒底座與氣缸缸座接觸，其間用氟橡膠“O”環密封，防止高壓氣體外漏。金屬填料盒見圖2。

1.2 密封原理

密封填料主要用來阻止氣缸內氣體沿氣缸與運動的活塞桿外表面的間隙產生的泄漏，屬于往復運動密封。

氫氣在氣缸內經過壓縮后，高壓氣體先經第一道ZQSn6-6-3節流環節流降壓后進入4F-4材質密封環加ZQSn6-6-3材質阻流環的密封環組；沿徑向切口進入密封環與填料函間的間隙并充滿背隙空間，形成背壓，在每個環組內形成壓差，加強環與環之間及環與活塞桿之間的接觸，其中阻流環作用為防止填充聚四氟乙烯的密封環在高壓下變形，起到阻流與支撐作用；填料彈簧的預緊力相對于作用與環上的壓差是很小的，其主要作用是用來保證環間的切口間隙及環與活塞桿之間的間隙，保證環組內背壓的產生及壓差的建立，進而保證填料密封有效。由于密封環存在切口，氣缸與活塞桿、密封環間存在造成高壓氣體泄漏的間隙，一道密封環組不可能有效阻止泄漏，因此采用多組密封組件串聯節流系統，高壓氣體每經過一組密封元件都產生節流降壓，壓力逐漸降低，體積逐漸膨脹，氣體在通過間隙過程中動能增加，壓力減小，進入下一組密封環組中時空間突然加大，氣體會形成強烈的漩渦，動能大部分會轉化為熱能，總壓頭下降，泄漏量逐漸減小，達到密封阻止泄漏的目的。

該機組至少有5道密封環組結構足以達到組織泄漏的目的，在最外側裝有氮氣保護將泄漏危害降到最低。

2 密封填料故障原因分析處理

2.1 密封泄漏故障的主要原因

此次檢修過程中發現節流環出現裂紋、密封盒之間密封槽腐蝕嚴重，盒內密封環支承座磨損出現溝痕、潤滑油結焦嚴重、密封環切口卷曲、盒與盒出現松動等。

分析原因有以下幾點。

1）高壓側節流環長時間承受不均勻載荷的作用，導致碎裂。

2）金屬填料盒的膠圈密封槽腐蝕，膠圈安裝后發生擠壓

變形。3）填料盒持續受壓及密封元件的磨損造成支承座密封面損壞出現溝痕。4）運轉過程中三級填料注油器油泵出現故障造成停止注油。5）冷卻水線管路堵塞，冷卻水流量降低、流通不暢，多余熱量沒有及時帶走，造成潤滑油高溫結焦，影響填料盒冷卻效果。6）連接螺栓緊固松動，與螺母連接處螺紋損壞，造成不能提供足夠預緊力，致使填料盒發生松動，造成盒間軸向間隙增大。7）填料彈簧彈性失效發生斷裂變形。8）活塞桿表面出現細微劃痕；活塞支撐環徑向間隙加大，活塞桿有下沉。

2.2 故障處理

針對發現故障作出如下處理。

1）由于機組的設計運行條件無法改變，采取更換新節流環的方法，并根據以往的檢修記錄進行總結，估算損壞的時間頻次，爭取與機組的計劃檢修頻次一致，實現計劃維修，減少故障停機次數。2）填料盒在不影響組裝后軸向長度的前提下，對填料盒膠圈密封槽徑向厚度加厚，采用提高腐蝕余量的方法，減少腐蝕。3）對不影響組裝后軸向長度及密封環軸向間隙的填料盒進行精磨，消除溝痕；損壞嚴重的進行更換，嚴格控制好安裝后的軸向間隙。4）注油器油泵為單柱塞真空滴油式高壓注油泵，在以往運行中也經常出現故障，造成某一注油點不注油的情況，因此要配備充足備件予以更換，并對損壞油泵進行維修。5）冷卻水線為直徑DN20的普通20號無縫管，進行機械清洗疏通更換。6）連接螺栓直徑Φ10，材質35CrMoA，螺母35號鋼，成對更換。7）更換填料彈簧。8）經檢查活塞桿直徑磨損程度在允許范圍內，精磨處理后可以正常使用，更換支撐環、活塞環后測量活塞桿與十字頭同心度符合要求。endprint

3 密封填料的存放安裝及運行維護注意問題

3.1 存放安裝注意問題

1）密封環存放溫度控制在30℃以下，避免非金屬材質密封環產生高溫老化，必須存放在密封包裝內，避免和空氣中的水份或塵土接觸；必須避開強光照射，避免被空氣中的臭氧侵蝕或老化。2）安裝時要檢查密封環的表面質量及缺陷，避免硬的顆粒雜質夾在環間，環組密封環不能混淆，徑向切口換要朝向高壓側，有標記朝向高壓側，密封元件組合時標記應配對“1”對“1”或“.”對“.”，注意阻流環朝向低壓側；要控制環間的間隙，檢查彈簧的松緊程度，保證開口間隙。3）填料盒安裝要檢查孔內無雜質異物、密封面光潔度、安裝順序，填料盒間的密封膠圈要完好，裝好后檢查填料盒的潤滑、冷卻、保護氣、漏氣回收管線的連接情況。4）安裝后對水、氮氣、潤滑油等輔助系統進行投用檢驗，防止運行后發生泄漏事故。

3.2 運行維護注意問題

1）機組運轉前進行適當初潤滑，增加盤車時間頻次，機組零負荷運轉30分鐘以上，保證密封元件內有足夠的潤滑油，保證運行過程中能夠形成完整連續的油膜，增強密封的效果。2）運行后可能出現微量泄漏，廢氣回收管線發熱，可以觀察運行一段時間，若泄漏量增大則需停機檢查，必要時重新更換。3）定時對冷卻水線進行反向沖洗，保證循環水流量充足，流通順暢，增強換熱效果，避免潤滑油結焦。4）加強日常巡檢的頻次，不要走過場，定時測量填料外部、出入水口的溫度，進水溫度不高于30℃，回水溫差不高于10℃，保證填料盒溫度低于110℃，防止填料系統超溫運行。5）對活塞桿下沉進行監測，避免造成大量泄漏引發事故。

4 總結

以上簡要分析只是針對此次檢修過程所發現的問題進行的具體分析具體處理，而實際上密封填料失效是一個復雜而多變的過程，某一個問題的出現其實并不一定就是單一原因引起，很可能是多個原因共同作用的結果，例如密封環本身質量、制造缺陷加工誤差及裝配次序不當引起的密封失效；潤滑油不足，造成活塞桿與密封填料發生干磨，致使活塞桿表面損傷，密封失效；活塞桿徑向跳動過大也會造成密封失效；填料盒安裝順序不正確造成密封泄漏等等，可能原因還遠遠不止這些，在這里只針對能解決的問題進行整改處理達到減少泄漏的發生，降低維修次數，保證機組平穩運行。

參考文獻

[1]安定國編著.往復式壓縮機技術問答[M].中國石化出版社，2005.

[2]李寶彥，沈殿成，張繼革.石油化工機器維護和檢修技術[M].endprint