2+1SVL320氫氣壓縮機氣封泄漏原因分析及解決措施

陳 凱

（中國石油獨山子石化分公司煉油廠，新疆獨山子 833600）

1 引言

某廠某裝置氫氣壓縮機設備型號為2+1SVL320，機組類型為往復活塞式H型水平對置平衡型壓縮機，制造廠家為德國諾曼埃索公司，是該廠關鍵設備，該壓縮機為2007年12月新建裝置新安裝機組，共安裝2臺。其新氫段為兩缸兩級壓縮，循環氫段為兩缸單級壓縮，工藝編號為K-101A、B，該壓縮機近年來出現新氫缸一、二級氣封填料運行周期短故障，已經嚴重影響了裝置的安全平穩運行，為此通過對原氣封結構的分析，找出填料磨損的原因，重新設計了新型的填料密封盒，實際運用后效果明顯，確保了機組的長周期運行。

2 故障現象

自2013年6月該壓縮機運行至今，壓縮機多次出現新氫缸一、二級氣封填料泄漏超標故障，具體故障時間、故障現象、故障原因見表1：

從表1中可以看出該壓縮機氣封填料運行周期較短，大概為1個月左右，出現故障以后拆檢氣封進行檢查，都會發現氣封填料盒內有大量油泥，如圖1所示；填料盒內填料密封環（斜三瓣）徑向磨損嚴重，如圖2所示；填料阻流環（直三瓣）徑向只有輕微的磨損，在氣封壓蓋端面與活塞桿配合部位有大量的油泥滲出，可以看出氣封在實際運行中已經失去密封作用。

3 故障原因分析

3.1 氣封填料盒結構

該壓縮機新氫缸一、二級舊氣封盒靠近缸頭側第一級密封是由一個減壓環、一個密封環（斜三瓣）、一個阻流環（直三瓣）組成，剩下的各級氣封填料則是由一個節流環、一個密封環（斜三瓣）、一個阻流環（直三瓣）組成，在靠近氣封壓蓋端面密封主要是由2組氮封組成。從圖3我們可以看到壓縮機新氫缸一級氣封在除去兩組氮封以及第一級減壓環的影響，實際起到密封作用的只有3級氣封盒，同理新氫缸二級從圖4中可以看到起到實際密封作用的只有4級氣封盒，該壓縮機新氫缸一、二級的出口壓力分別為4.7 MPa、5.7 MPa，每次從拆檢的情況來看主要是靠近缸頭的第一級填料磨損是最嚴重的，其次往后依次類推，一旦第一級磨損失去密封作用，就會形成惡性循環，密封級數越少會減少氣封的使用壽命，因此認為現場實際使用的舊氣封盒級數太少，不能夠滿足實際使用要求，也是造成氣封填料使用壽命短的要因。

3.2 氣封填料冷卻方式

該壓縮機新氫缸一、二級氣封盒的冷卻方式如圖5所示，冷卻水進口是從氣封壓蓋端面接頭進入直接達到氣封盒最低端，也就是最靠近缸頭一級，然后通過第一級填料盒水槽，達到第二級，通過測量得知每級水槽圓周長度只占填料盒圓周的1/8，冷卻面積較小，在實際運行過程中冷卻效果不好。填料組件在實際運行過程中與活塞桿接觸會磨損產生高溫，一旦冷卻效果不好，就會使得填料組件在填料盒內軸向間隙變小，現場實際安裝間隙為0.45～0.50 mm，氣封的運行工況如圖6所示。

分析認為由于軸向間隙變小，進入填料函中的氣體就不能及時排出，這樣就會在填料函中聚集，由于填料函中只有斜三瓣起主要密封活塞桿作用，填料函中聚集的氣體就會產生徑向的抱緊力，使得斜三瓣徑向不僅要承擔彈簧的抱緊力還要額外承擔氣體的徑向抱緊力，加速了斜三瓣的徑向磨損，磨損的臟東西不能夠及時排出，在進入到下一級就會影響下一級填料密封效果，這樣就造成了惡性循環，降低了氣封的實際使用壽命，因此舊氣封盒冷卻效果差是造成氣封填料使用壽命短的要因。

表1 檢修統計表

3.3 氣封盒填料的潤滑

從拆檢該機組氣封填料故障現象來看，都出現過如圖7、圖8的故障現象，填料組件中密封環（斜三瓣）磨損嚴重。因此分析認為潤滑油在壓縮機氣封實際運行過程中起到潤滑和降溫的作用，潤滑油量過多或過少都會影響氣封填料組件的實際使用壽命，潤滑油量過多氣封填料組件受到油粘滯就會減少浮動，密封效果變差，從而造成氣封泄漏；潤滑油量過少，氣封填料和活塞桿磨損就會加劇，產生的熱量又不能及時的排出，就會造成惡性循環加速填料組件的磨損，從而造成氣封泄漏。因此潤滑油量的不固定是造成氣封填料使用壽命短的要因。

圖1 舊氣封填料盒（磨損后）

圖2 舊氣封填料磨損

圖3 新氫缸一級舊填料盒結構

3.4 活塞桿跳動

圖4 新氫缸二級舊填料盒結構

圖5 舊氣封盒冷卻方式

圖6 氣封的實際運行工況

活塞桿跳動值是反映一個機組是否運行平穩的主要評價指標，一般要求活塞桿跳動值不超過0.05～0.08 mm，主要原因為活塞桿跳動過大會帶動機組缸頭也會產生振動，氣缸氣封填料盒是固定在缸體上，由于振動必然會使活塞桿與填料盒配合的間隙變小，甚至會接觸產生磨損；如圖6所示，氣封填料是通過彈簧抱緊在活塞桿上，隨著活塞桿的振動變大，那么氣封填料的密封貼合性能就會變差，造成氣封泄漏，再加上接觸產生磨損熱量，必然會加劇氣封的泄漏，因此實際安裝活塞桿過程中必須控制好其跳動值，查詢機組每次檢修的測量記錄，控制活塞桿的跳動值為0.06～0.08，滿足使用要求，因此分析活塞桿跳動不是造成氣封填料使用壽命短的要因。

4 解決措施

4.1 增加氣封填料盒級數

圖7 填料潤滑油過多故障

圖8 填料潤滑油過少故障

從圖9中可以看到，新改造的氣封盒在除去第一級減壓環的影響以及2組氮封的結構，實際起到密封作用有5級氣封盒，增加級數的原因是因為該機組循環氫氣封填料使用級數為6級，除去第一級減壓環的影響，也同樣是5級氣封盒，循環氫缸的進出口壓力分別為4.76 MPa、8.69 MPa，運行工況要比新氫缸要求嚴格一些，但是使用6級填料氣封盒一直運行平穩，填料使用壽命在24個月以上，因此對新氫缸填料氣封盒進行改造，同樣使用6級氣封盒。核實新氫一、二級缸安裝填料盒部位的深度尺寸，滿足改造條件，這樣該機組4個缸都使用同類型的填料盒，零配件使用具有通用性，大大降低了維護成本。

4.2 重新設計氣封填料盒改變冷卻方式

由于舊氣封盒的冷卻方式在設計上不能夠滿足使用要求，主要缺點為冷卻面積小，因此我們對氣封盒進行了改造，將問題反饋至賀爾碧格廠家，重新設計氣封盒。新氣封盒如圖10所示，冷卻水首先進入到靠近氣封盒端面這一級氣封，通過氣封盒里的水槽進入到下一級，水槽的周長為氣封盒圓周的1/2，直到冷卻水進入到第一級，也就是最靠近缸頭側這一級氣封盒，然后從第一級到氣封盒端面有個通孔，冷卻水直接回流出來，通過對比這樣的冷卻面積是原先舊氣封盒的4倍，冷卻效果較好，降低了填料在實際運行過程中的磨損，延長了氣封盒填料的使用壽命。

圖9 新氫缸一、二級氣封填料盒新結構

圖10 新氫缸一、二級新氣封填料盒冷卻方式

4.3 填料部位潤滑油使用的注意事項

測量該機組新氫缸一、二級填料注油量在過去實際運行過程中大概為10～20滴，現場關于潤滑管理比較混亂，給的界限非常廣泛，再加上人為的調整，因此不能保證填料在正常的潤滑油范圍內進行工作，通過此次的氣封填料改造，因為使用了新廠家賀爾碧格的氣封填料，和廠家技術人員進行溝通確定幾個注意事項，同時也規定了氣封填料在正常工作時的注油量，禁止人為的進行調整，如果有必要調整，也要調整到規定的范圍值內。

（1）與賀爾碧格廠家進行溝通確定潤滑油量，在新氣封進行安裝運行2天內，適當的調大注油量大概15～20滴/min，待機組運行平穩后調整正常潤滑油量為8～10滴/min。

（2）每次更換新的注油器時都要對油管線的每一個接頭部位進行潤滑油量測定，直到填料潤滑部位，和要求的注油量一致后再連接接頭，定期對注油器進行維護清洗。

（3）新氣封在安裝到機組上時，及時使用油槍對氣封內部進行潤滑，確保活塞桿在初期安裝及運行時，減少對填料的磨損。

（4）更換完新氣封，打開機組盤車同時打開注油器，運行5～10 min后停機，使得機組在開機狀態時氣封不是處于干摩擦狀態。

5 結語

通過對該壓縮機氣封填料盒的改造解決了壓縮機新氫缸氣封填料磨損的故障，自2015年10月份改造以來，運行至今沒有在出現氣封填料泄漏的狀況，實現了設備長周期運行。文章中提到的故障分析及處理方法，希望能夠給同類型往復壓縮機的檢修及故障分析提供借鑒。