新氫壓縮機填料泄漏影響因素與改進研究

李鎧名 魏鴻宇

摘要：隨著我國經濟的迅速發展，石油化工企業也不斷增多，對加氫裝置的要求越來越高。新氫壓縮機作為加氫裝置中關鍵核心的設備主要是對新氫進行加壓，并輸送到加氫反應系統中，為加氫反應提供氫氣，對加氫反應有重要的作用。其運行的安全可靠性對保障整個裝置的生產和工作效率有重要的意義。

關鍵詞：新氫壓縮機；填料泄漏；原因分析；改進措施

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、填料密封結構及工作原理

1.1填料密封結構

填料部件的組成結構。填料環組安裝在填料杯槽內，每個填料杯槽間采用O型圈密封的方式。組裝結束后，通過螺栓將整個填料部件和氣缸的軸側連接，加之合適的預緊力既保證了填料環槽之間的密封，也保證了填料盒末端通過末端墊片與氣缸的密封。根據需要，填料部件設置有潤滑、冷卻、保護氣和漏氣回收。

1.2填料環組工作原理

從高壓側到低壓側依次是，起減壓作用的減壓環；起密封作用的主密封環組；最外側的氮氣密封環組，以阻止泄漏的氫氣從排氣孔泄漏到中間接筒。主密封環組由徑向環和切向環組成，高壓工況的主密封環通常還有阻流環，以保證切向環工作穩定性，防止高溫、高壓下發生變形。切向環主要作用是密封作用，徑向環作用是減壓與泄壓的作用。當氣體壓力不存在時，彈簧力作用在填料環上，將環瓣圍繞著活塞桿組合在一起。填料環組在杯槽中可以自由浮動，用來補償活塞桿的徑向跳動。密封環之間用銷/孔結構固定相對位置，切向環的切口間隙被徑向環覆蓋，封閉了泄漏路徑，氣體從軸向間隙和徑向間隙進入填料盒的杯槽內，氣體壓力使填料環分別與活塞桿表面及杯槽端面形成密封。

2、新氫壓縮機填料泄漏原因分析

新氫壓縮機填料密封使用的是多組密封環布置，使高壓氣體逐級減少泄漏，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。新氫壓縮機填料密封結構包括：阻流環、密封環、填料盒、冷卻系統、漏氣回收裝置等。當新氫壓縮機在工作時，高壓氣體從氣缸放出，沿著密封環的徑向切口進入填料環與填料環槽之間的側隙，將背隙充滿高壓氣體，并作用于填料環的背面，保證了填料環和活塞桿之間的密封。

2.1氣體介質中含有雜質

在進入新氫壓縮機氣缸時，填料密封腔體內會沉積大量的沉積物。沉積物的產生是由于工藝介質夾雜帶來的，主要是微細固體粉塵和結焦碳，具有較高的硬度，在填料密封腔處沉積會使密封填料產生嚴重的磨粒磨損，會嚴重降低活塞桿和填料密封環的使用壽命。

2.2填料密封盒冷卻水流量偏小

在新氫壓縮機使用過程中，填料密封部分會由于活塞桿和填料環之間劇烈的摩擦而生溫，若摩擦產生的熱量沒有及時去除，會產生異常磨損。填料密封盒用水和缸套用水之間的方式是并聯，填料密封處的管長且壓降大，會導致填料密封處的冷卻水流量較小，不能及時降溫，會使填料密封性能降低，造成一定程度的泄漏，影響新氫壓縮機的使用壽命。

2.3活塞環槽軸向磨損

活塞環槽軸向磨損，活塞桿的使用壽命和活塞環槽的磨損量有著密切的關系，由于活塞桿長時間處于上、下的往復運動中，活塞環槽會和活塞環不斷的發生撞擊，會使活塞環槽表面發生磨損，鋁合金的機械強度會隨著溫度的升高而急劇降低，使得活塞環槽的磨損量會很大，造成填料泄漏現象。

2.4活塞桿和填料密封環之間摩擦過大

新氫壓縮機中的活塞桿和填料密封環是相對運動的，填料密封環是通過抱緊活塞桿來實現對介質的密封作用的，彈簧和環徑向之間的壓差會產生抱緊力，使填料環能夠抱緊活塞桿。彈簧的彈力越大，彈簧和環徑向之間的抱緊力會越大，會使活塞桿和填料環之間的摩擦力變大，產生熱量就會更多，會使填料環生溫迅速，而且溫度很高，會加大磨損；填料環常用填充聚四氟乙烯制成，具有較大的熱膨脹系數，若在初期階段摩擦產生的熱量不消除，會使填料環熱膨脹變形變大，而且由于填料環彈簧緊箍力很大，會造成摩擦力加大，磨損嚴重，這是惡性循環過程，在短時間內會產生嚴重磨損；當填料環和活塞桿之間的抱緊力變小時，摩擦力會減小，由于溫度下降，會使填料環收縮，使填料環和活塞桿之間的縫隙變大，造成填料泄漏，導致填料環和活塞桿之間的密封失效。

3、新氫壓縮機填料泄漏的改進措施

3.1保證介質純度

在新氫壓縮機的運行中，氫氣是主要的工作介質，對氫氣的純度有著較高的要求，要對氣缸中氫氣進行定期采樣化驗，保證氫氣的純度，降低氫氣源中含有的腐蝕性物質對填料的腐蝕，提高新氫壓縮機的填料密封效果和使用壽命。通過對工藝的調整使壓縮機各項參數能夠達到設計的要求和生產的需求。在氣體進入機組前，要將微細顆粒降到最小，并安裝氣固分離器，將固體顆粒和氣體分離開來，有效避免氣缸和填料摩擦面之間的磨損現象，保證新氫壓縮機的工作效率和正常生產。

3.2保證冷卻系統中冷卻水流量

由于填料密封盒冷卻水流量小，導致不能及時降低摩擦產生的熱量，因此應適當增大循環水壓力及流量，有效降低活塞桿與填料環摩擦產生的熱量，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填料泄漏現象，有效延長壓縮機的使用壽命，提高機組運行的穩定性。

3.3提高潤滑效果

在新氫壓縮機整體結構不變的情況下，定期的更換活塞密封環，調劑活塞密封環和缸體之間的縫隙，降低密封材料泄漏現象；或者在活塞環和填料環的制造中采用潤滑性能好、耐磨性高的材料，能夠降低摩擦力，減少磨損對活塞桿和填料環的影響；還有一種措施是適當降低彈簧緊箍力，并在填料環設計中加入間隙密封。

4、結束語

在新氫壓縮機的使用過程中，壓縮機活塞桿由于長時間的往復運動，進入氣缸的氫氣含有一定雜質、活塞桿組合密封環緊箍力過大、填料密封盒冷卻水流量偏小等原因使得新氫壓縮機填料密封效果較差，發生填料泄漏現象，嚴重影響機組安全穩定運行，甚至會發生安全事故，造成極大的危害。因此，要針對新氫壓縮機填料泄漏現象原因進行分析，并采取相應的有效措施，減少填料泄漏現象，保證新氫壓縮機的長周期的安全運行，并加強對壓縮機的監測和管理，提高機組的工作效率，促進我國經濟的快速發展。

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（作者單位：沈陽金博氣體壓縮機制造有限公司）