預加氫壓縮機填料密封泄漏的解決方法

路則超

（中國石化青島煉油化工有限責任公司，山東 青島 266500）

預加氫壓縮機于2008年投入運行，運行時填料存在輕微泄漏，拆檢發現填料盒外部存在大量粉末，填料環、活塞桿磨損嚴重。填料環與活塞桿接觸部位磨損明顯，已無法繼續使用，活塞桿表面存在明顯的軸向劃痕，無法滿足活塞桿表面粗糙度Ra0.2~0.4μm要求。

填料環和活塞桿磨損后，無法達到密封效果，導致密封泄漏。根據運行經驗，此填料密封可靠性較低，填料環磨損較快，填料運行壽命1 a左右，遂決定對填料結構改進。

1 填料密封結構

填料由節流套、節流環、阻流環、若干個填料小室以及壓蓋等組成。在靠近氣缸側的第1檔是節流套，內裝節流環。接筒側為壓蓋，與氣缸的填料腔聯接，壓緊每組填料。每個填料小室內裝1組填料，每組填料包括波形彈簧、元件、鎖閉環、密封環、阻流環。鎖閉環和密封環用填充CRPTFE制成，以拉伸彈簧將其箍住。運轉時主要依靠節流后的氣體壓力使其緊箍于活塞桿，從而達到密封氣體的目的［1］。填料盒的結構見圖1。

2 泄漏原因分析

2.1 密封組件結構繁瑣

發生泄漏的填料主密封由阻流環、六瓣斜口密封環、徑向環、元件、波形彈簧組成，結構比較繁瑣，波形彈簧起到壓緊密封環的作用，壓縮機運行時密封組件在活塞桿的軸向運動帶動下不斷在填料室內浮動，會對波形彈簧的強度和彈力產生一定影響，波形彈簧如果發生變形或者彈力失效容易使密封環卡澀和磨損，直接影響密封效果。

填料盒的結構見圖1，主密封結構見圖2。

圖1 填料盒結構

圖2 主密封組合

氮氣密封環由6瓣斜口密封環、徑向環、元件、波形彈簧組成，同樣是比較繁瑣的組合，在運行中容易出現卡澀和磨損，可靠性較低，其結構見圖3。

圖3 氮氣密封組合

2.2 填料盒氮氣密封只有1組

填料盒的氮氣填料只有1組，氮氣充入后可能直接從氮氣填料側直接流向壓縮機接筒側，在氮氣注入量有限的情況下，無法形成穩定的氮氣壓力保護，阻止氣體外泄。如果氮氣填料失效，那么氮氣填料將失去作用，影響密封的穩定運行。

2.3 節流環結構不合理

填料盒高壓側設置節流環，節流環內孔結構為螺旋線結構，且節流環與活塞桿之間間隙較大。此結構適用于軸向旋轉密封位置使用，在往復式結構密封效果往往不理想，無法起到節流減壓的作用，使高壓或高流量氣體直接沖擊密封組件［2］。

2.4 填料冷卻效果不好

填料盒的冷卻對密封環的運行至關重要［3］，此臺壓縮機雖然采用有油潤滑，但潤滑油帶走的熱量極為有限，填料冷卻水通道小，冷卻水流速低，在水質不好的情況下容易結垢，影響冷卻效果，導致填料部分溫度升高，影響密封環運行壽命。

3 采取的措施

3.1 改進密封組件結構和材質

改進后主密封由阻流環、斜口密封環、鎖閉環組成。斜口密封環、鎖閉環材料由CRPTFE改為RPTFE，阻流環為錫青銅6-6-3材料，增強了密封組件的潤滑性和耐磨性。彈簧為17-7PH材料，提升了彈簧的使用壽命。改進后主密封結構見圖4。

圖4 改進后主密封組合

氮氣密封由2件斜口密封環、1件阻流環組成。斜口密封環材料同樣由CRPTFE改為RPTFE，阻流環為錫青銅6-6-3材料，彈簧為17-7PH材料，提升了使用性能。改進后氮氣密封見圖5。

圖5 改進后氮氣密封組合

3.2 增加1組氮氣密封

在原有氮氣密封基礎上，增加1組氮氣密封組件，充氮口設置在2組氮氣密封中間，如此氮氣充入后在2組氮氣密封中間形成1個正壓的氮氣密封空間，可以阻止工藝氣體外泄［4］。

3.3 改進節流環結構

節流環結構改為迷宮結構，端面加工減壓槽，并縮短了節流環軸向長度。材料選擇RPTFE，增強自潤滑和耐磨性能。改進后的密封結構見圖6。

圖6 改造后節流環結構

3.4 改進填料冷卻方式見

填料冷卻結構改進為水套形式，加大了冷卻面積，消除了原結構通道小，容易結垢，影響冷卻效果的缺陷［5］。

填料冷卻結構改進后，冷卻水回水溫度降低了5℃，填料位置溫度降低了15℃，效果明顯。

3.5 增加活塞桿耐磨性

該機組在使用陶瓷噴涂活塞桿期間填料泄漏，拆檢發現活塞桿表面涂層脫落，分析活塞桿表面陶瓷噴涂存在質量問題。之后將活塞桿表面重新做滲氮處理，滿足了對粗糙度的要求，同時保證了耐磨性。另外，每次檢修必須對活塞桿表面粗糙度和硬度檢查［6］，硬度要在HRC50以上，粗糙度在Ra0.2~0.4μm。

3.6 加強工藝介質過濾和脫液

工藝介質中的灰塵、焦油、水分等進入氣缸會造成密封組件、氣缸和活塞桿的磨損［7］。尤其是介質中既帶灰塵又帶液，會加劇密封磨損，縮短密封壽命。壓縮機過濾器前后差壓超過0.1 MPa就需要清理過濾器，控制壓縮機入口分液罐液位不超過5%，壓縮機入口緩沖罐每3個月脫液檢查1次，避免壓縮機帶液和其它雜質。

3.7 加強填料泄漏監控

為避免密封泄漏氣排至大氣，將泄漏氣管線流程由排大氣改至火炬線，并在火炬氣緩沖罐安裝精密壓力表，隨時監控泄漏情況。當密封泄漏量增大時，壓力表指示會上升，方便巡檢和監控［3］。

4 結束語

（1）壓縮機填料密封泄漏的主要原因是填料結構不合理導致的填料環、活塞桿的快速磨損。

（2）主密封結構由阻流環、六瓣斜口密封環、徑向環、元件、波形彈簧改為阻流環、斜口密封環、鎖閉環組成的結構，化繁為簡，減小了運行過程中密封件的卡澀和磨損。

（3）填料環材質選用潤滑和耐磨性能好的RPTFE材料，可提高密封的運行壽命。

（4）填料盒節流環改為迷宮結構、增加氮氣密封、加強填料冷卻、加強工藝介質的過濾和脫液的方法可改善填料密封的運行狀況。

（5）填料結構改進后取得較好效果，可為往復壓縮機填料泄漏問題處理和密封改進提供借鑒。