往復式活塞壓縮機高壓段填料密封的改進

郭士才　李　飛　劉　桂　李西銀

(安徽晉煤中能化工股份有限公司安徽臨泉236400)

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往復式活塞壓縮機高壓段填料密封的改進

郭士才李飛劉桂李西銀

(安徽晉煤中能化工股份有限公司安徽臨泉236400)

1　存在的問題

近年來，安徽晉煤中能化工股份有限公司使用的4M50型壓縮機因高壓段填料密封效果不好，發生氫氮氣體泄漏，造成停機次數增多，六、七級填料平均使用壽命不足8個月；6M50型壓縮機高壓段填料使用壽命不到12個月。在多次檢修中，發現拆卸下的填料組件中阻流環、密封環靠近曲軸一側基本完好，而靠近高壓氣缸一側損壞相對嚴重。損壞情況基本類似，阻流環、密封圈拉簧斷裂，斷裂拉簧夾雜在密封部位，密封圈內圈因發生“冷流”現象而出現翻邊，造成密封失效；阻流環損壞情況與密封環類似，呈現“內差外好”現象，但是情況相對好一些。有時剛裝上的新填料組件在空運轉磨合完畢后，加量運行一段時間就出現氣體泄漏的情況，經分析主要是由于填料的密封級數不夠。填料密封一般是七級，七級密封中的最后一組密封單元的漏氣量超出了填料漏氣回收系統的過氣量和前置密封環的密封能力，進而造成氣體泄漏；另外，密封環直接面對高壓氣體，如果阻流環配合尺寸不當，極易發生“冷流”現象。經分析，高壓段填料氣體泄漏的主要原因是密封環發生“冷流”現象，造成密封失效。發生“冷流”現象的主要原因：①阻流環內徑與活塞桿配合尺寸間隙過大；②阻流環、密封圈拉簧斷裂；③密封級數不足，密封效果有限；④密封環無導流氣槽，“死氣”(每個填料密封單元中的高壓氣體)存在量較大，影響密封效果；⑤冷卻水孔堵塞，造成冷卻效果差或喪失冷卻功能；⑥供油系統的故障檢修，造成斷油。

2　改進措施

(1)通過提高加工精度，以解決阻流環內徑與活塞桿配合尺寸間隙過大的問題；但考慮到阻流環一般為銅質材料，高溫下材料的線脹系數較大；阻流環內徑與活塞桿裝配時通過人工研磨，保證每一瓣阻流環與活塞桿的接觸面積≥75%，4M50型和6M50型壓縮機整體環與活塞桿配合間隙一般為0.2～0.3 mm。

(2)通過加粗拉簧直徑，以解決阻流環、密封環拉簧斷裂的問題。彈簧柱徑由Φ2.9 mm擴大至Φ4.5 mm，以增加彈簧的彈性強度，避免彈簧疲勞斷裂。

(3)取消填料盒的軸向彈簧和墊環，縮短填料盒高度，將填料盒數量由7個增加至10個，以解決密封級數不足的問題。增加填料的密封單元，以提高密封效果，即壓縮每一個密封單元的填料盒的空間，減少密封單元的組成部分，取消填料盒中軸向彈簧和墊環部分。經測量，原填料函的密封空間為486.5mm；原來7個填料盒改為10個填料盒后的密封空間為486.0 mm。

具體做法：用車床車薄填料盒的密封腔，每個密封單元取消原來的墊環和節流環，將原每個密封單元的節流環改為最靠前的2個密封單元為全部節流環空間，后8個密封單元內只設置密封環和阻流環，將原有7個密封單元增加至10個，提高了密封效果。填料盒改進前、后示意見圖1。

圖1　填料盒改進前、后示意

(4)密封環開導氣槽，引“死氣”回流，減輕密封環壓力，改善密封條件。在每組填料的密封環上用圓銼削出圓槽，加大活塞在吸氣過程中的回氣量，減少“死氣”存在量，降低填料在活塞排氣過程中的密封負荷，從而提高填料的有效使用壽命。目前，也有部分壓縮機備件廠家已經機械加工出更合格的導氣槽。

(5)改善冷卻水水質，避免結垢；擴大冷卻水孔孔徑、設置冷卻夾套，以增加換熱面積。將原先使用的循環冷卻水改為水質較好的深井水后，提高了水質清潔度，避免水質結垢和產生沉淀物。經測量計算，一組填料的所有水孔的換熱面積約為0.25 m2，冷卻水孔孔徑擴大后，可以增加換熱面積，考慮到孔徑不能大于兩道O形圈環槽之間的相對距離，將孔徑由Φ8mm擴至Φ12 mm，這樣整組填料的換熱面積增加至約0.37 m2，此措施不僅能顯著提高冷卻效果，而且實施方便，將填料盒在鉆床上擴孔即可。

經過使用，在擴大了填料盒冷卻水孔孔徑和使用深井水后，壓縮機高壓段填料的溫度明顯降低；但在高溫天氣，特別是水網系統壓力低時，高壓段填料仍然會發生超溫現象，為此，對填料函進行外淋水降溫，此措施沒有持久穩定性，也不能做到防患于未然。為了能在炎熱的夏季保障壓縮機高壓段填料不超溫，在高壓段填料的填料盒外圍增設了1個自制的水夾套，即由1節Φ400 mm的管子對稱割開，焊好對稱的緊固筋板，預設好進水口、出水口，加上密封墊裝在填料函上，接通冷卻水后就成為1個簡易的換熱器，降溫效果能達到5 ℃左右。

(6)增加注油點，消除供油系統故障對填料潤滑系統的影響。壓縮機高壓段填料有2個注油點，每個注油點各由1個注油器及油路單獨供油，每個注油單元的故障都會影響到填料的供油潤滑，改單注油器單油路供油為雙注油器雙油路并聯供油(如圖2所示)。在1個注油器線路發生故障時，不會導致填料注油點的斷油，給填料的潤滑系統提供了強有力的保障。

圖2　改進后供油示意

3　改進效果及效益分析

通過以上技改措施后，安徽晉煤中能化工股份有限公司的4M50型和6M50型壓縮機(共計10臺)高壓段(六段和七段)填料(16組)的有效使用壽命均已由原8個月延長至20個月以上。一般，單臺次壓縮機填料維修費用2萬元，則年可節省維修費用32萬元，加上每次更換高壓段填料及磨合填料平均需要占用20臺時，按折為合成氨產量0.94 t/(臺·時)計，綜合經濟效益更大。

2016- 03- 22)