氮氫氣循環機填料改進總結

楊志民

（石家莊雙聯化工有限責任公司，河北 石家莊 050200）

石家莊雙聯化工（集團）有限責任公司是1965年建廠的小氮肥企業，經過四十多年的改、擴建滾動發展，已由當初3000t合成氨發展到現在的13萬t合成氨（2.5萬t外購氨）、45萬t純堿的中型企業。

我公司合成氨工藝分1＃、2＃兩個系統，1＃系統10機；2＃系統10.5機，最大為12—13機。其中2＃系統配備一臺2D12—6／295—320循環機（1＃機），為常開設備，另有3臺舊式循環機作為備機，以作臨時使用，其意義在于1＃機停機檢修時，不至于2＃系統停車。

2D12—6／295—320型循環機，其結構形式為兩列對稱平衡往復活塞式、單級雙作用壓縮。每個氣缸兩頭各有一個填料箱密封。氣缸和填料部分按無油潤滑結構設計。

該設備的曲軸、十字頭傳動部位通過參照壓縮機相同部位的維修方法，完全可以達到長周期運轉的要求，但其密封部位的密封性在使用初期一直困擾我廠。因此對密封結構、材質進行了深入分析、研究和改進，取得了較好的效果。

1 改造前狀況

改造前填料組件如圖1所示。填料盒的冷卻方式為氨冷，阻流環1（PEEK材質，即聚醚醚酮）、徑向密封環2（材質為四氟）、軸向密封環3（三瓣環，材質為四氟，如圖2），以及填料盒前后迷宮環。

圖1 循環機填料組件

損壞的主要部位之一是徑向密封環2，該環為平開口的密封環，損壞部位在平開口的三角部位，該部位往往磨損殆盡。

損壞的主要部位之二是阻流環1，與活塞桿的接合面呈現龜裂狀，填料盒內有較多聚醚醚酮粉末。且時有被四氟料填塞現象。

密封環3基本沒有磨損或損壞。

圖2 阻流環與密封環

圖3 密封環2受力示意圖

填料使用周期一般為1～3個月，每一組填料價格為2000元左右，該循環機共有4個填料箱，維修工作量較大，維修費用較高。

2 原因分析

1）徑向密封環2：密封環在填料盒內均受到徑向的氣體壓力，受力如圖3，由于A點和B點的結合處是最薄弱之處，故受力后沿C處切面會有相向的位移趨勢，使得ABC交匯處緊緊的貼合在活塞桿上，最終被磨損。在被磨損的同時，局部產生較高溫度，導致四氟料融化。

2）融化的四氟料被塞滿在阻流環1與活塞桿之間，阻流環與活塞桿的間隙被破壞，局部與活塞桿直接摩擦，產生高溫，導致了阻流環的損壞，形成龜裂和粉末。

3）阻流環1和徑向密封環2損壞后，密封失效，大量氣體穿透填料，導致了端部密封的回氣管回氣不及，整個填料開始泄漏。

3 改造方法

經過多次試驗，確定如下方法進行改造。

1）將填料盒中的徑向密封環2均改變為整體環，型式與阻流環相同，材質為聚醚醚酮或四氟均可，聚醚醚酮效果更好一點。在密封環均勻受力情況下，依靠密封環的整體性，支撐氣體產生的壓力，消除了薄弱點，整個密封環不會產生局部變形。該密封環的內徑尺寸較為重要，由于活塞桿在使用一定時間后會有磨損，因此密封環內徑要根據活塞桿的外徑進行刮研，從數據上說較活塞桿外徑大0.05～0.08mm，從實踐經驗說，刮研后密封環在活塞桿上基本能自由落體或手指稍加用力即能下落。

2）阻流環1的材質改變為銅合金（一般稱黃銅），其內徑較活塞桿外徑大0.3～0.5mm，因此該阻流環實際作用應該是填充填料盒和利于散熱。

3）安裝時阻流環1、徑向密封環2、軸向密封環3依次排列如圖1。安裝時壓緊相鄰兩個填料盒（不安裝橡膠密封圈的情況下），三環在填料盒內的軸向總間隙不得小于0.2mm，可使用粗、細砂紙研磨軸向、徑向密封環側面的方法達到要求。用0.2mm的塞尺環向全部檢驗。

4）徑向密封環和軸向密封環之間的銷子去除，使兩密封環單獨自由作用，密封環3的三個切口的環向總間隙不小于1mm。

5）靠近曲軸箱側的兩個填料的密封環，受活塞桿帶出的少許機油的浸潤，密封效果更好，因此在氣缸端部的活塞桿上加滴機油，控制滴數為2～5滴／min。

4 改造效果

改造后使用效果很好，使用周期長達12～18個月，維修工人的工作量大幅降低。

其他說明：

在網絡論壇和相關書籍以及制造廠說明書中，阻流環是普遍認同的叫法，不同結構的兩個密封環一般也均稱為密封環。但從受力分析上看，兩個密封環的受力或作用是不同的，密封環2位于阻流環1和密封環3之間，直接受到氣體壓力的部位只是其內、外徑端面，兩個側面被阻流環和密封環3密封，因此它主要起到的是密封來自外徑端面的氣體的作用。而密封環3是三瓣環，在彈簧力和外徑端面氣體壓力作用下內徑端面與活塞桿直接接觸，主要起到密封軸向氣體的作用，因此個人認為兩個密封環因其主要作用不同可以稱為徑向密封環和軸向密封環。以上均使用了此名稱。

根據以上分析可以想象，一個填料盒內只裝配一個徑向密封環和一個軸向密封環即可，阻流環可以舍棄，則可以減小單個填料盒的軸向尺寸，那么在整個填料箱中增加填料盒的數量，密封效果會更好。這一點已在我公司精煉工段銅液循環泵（出口壓力12.5MPa）上得到驗證。同時也說明使用此結構密封氣、液兩相均可。