往復式壓縮機填料泄漏分析及解決方案

趙雙巖，張亞寶

（中國石油大慶石化公司化工一廠，黑龍江大慶163714）

C-2101/2A 氫氣往復式壓縮機是某化工廠加氫抽提聯合二套裝置的核心設備。該設備是德國NEUMAN&ESSER GROUP 生產的雙缸雙作用立式結構，型號為1+1TZS63。自1998 年投產一直運行穩定，近些年隨著設備結構老化技術落后壓縮機的填料泄漏頻次逐漸增多（一般在3 至5 個月），泄漏量也逐漸增大。對壓縮機填料結構實施改進后，極大地減少泄漏量，延長了壓縮機的運行周期，從而降低了維護檢修成本和勞動強度。

1 壓縮機填料密封結構及原理

C-2101/2A 往復式氫壓縮機雙缸雙作用立式結構，左列是補充氣，右列是循環氣，左右列填料結構及尺寸完全相同，密封結構見圖1［1～3］。

圖1 填料函密封結構

1 套密封填料函由9 組密封構成，除去高壓側節流環和低壓側泄漏密封環，其它7組密封環結構相同，A 組為節流環；B 組為主密封環（徑向環、切向環、阻流環）；C 組為泄漏密封環（切向環），由高壓側至低壓側排列。其中節流環主要起到節流減壓作用，阻滯壓縮過程中高壓氣體對B組密封環的沖擊，或是膨脹過程中填料函內氣體快速膨脹流回到氣缸。主密封環中的徑向環和切向環起密封作用，阻流環用于防止高溫高壓下密封環產生變形失效。泄漏密封環主要防止缸內氣體外漏。

其工作原理是高壓側氣體從軸向間隙和徑向間隙進入填料函的密封盒內，氣體壓力使密封環分別與活塞桿表面及密封盒端面形成密封。當氣體壓力不存在時，鐲形小彈簧力作用在密封環上，將密封環瓣圍繞著活塞桿箍緊組合在一起，徑向環的切口間隙被切向環堵住封閉了泄漏路徑，密封環之間用定位銷孔固定相對位置［4］。

2 填料密封泄漏原因分析

2.1 故障現象

2018 年8 月至2019 年9 月共進行4 次檢修，根據C-2101/2A 檢修拆卸填料的情況發現2 次填料變形較大，2次因填料密封泄漏量增大拆卸檢修。

2.2 原因分析

2.2.1 冷卻系統問題填料函冷卻系統堵塞會造成填料密封溫度過高密封環變形密封失效，填料冷卻水結垢也會導致填料函溫度升高密封環變形或是磨損加快，C-2101/2A 冷卻水是裝置通過凈化處理過的循環水，經其它設備冷卻使用均沒問題，在另外2臺國產壓縮機使用正常，拆卸排查內部冷卻系統確有不暢因素存在，但不是主要原因。

2.2.2 填料密封環材質問題C-2101/2A 氫壓機和國產的C-2101B 和C-2102B 壓縮機同時使用“某壓縮機氣閥廠”填料，材質均為石墨填充四氟（PTFE），3 臺壓縮機工況相同沒出現過相同的故障問題，和廠家技術人員溝通確認材質沒問題。

2.2.3 填料密封安裝間隙不符合標準填料密封的密封環組件在填料盒中的軸向間隙0.25～0.45 mm，軸向間隙過小壓縮機工作狀態時活塞桿和密封環摩擦溫度升高造成密封環膨脹卡死或磨損加快，間隙過大壓縮機工作時密封環隨著活塞桿往復運動會浮動過大，造成端面密封失效。填料廠家重新核算間隙均符合要求［5］。

3 填料密封環技術改造

綜合以上幾點可以看出，填料密封泄漏量大的根本原因在于填料結構本身。改進結構增強填料密封環性勢在必行。根據認真分析研究和參考，把B 組的7 組密封環（經向環、切向環、阻流環）中徑向環和切向環進行改進，原設計和改進后的密封環結構見圖2、3。

圖2 原設計主密封環的結構

圖3 改進后主密封環的結構

B 組密封環原設計的徑向環，切向環、阻流環組合改為3 斜口密封環T、3 斜口密封環P 和阻流環。在高壓狀態下密封環T 和P 都能更好地起到軸向密封作用，并在密封環P平面上（高壓側）開設3 條導氣槽。填料密封環在氣缸側被壓縮時在氣體力的作用下形成3個密封面，3斜口密封環T和P的2 端面形成密封，密封環T 和P 內徑同時與活塞桿形成密封面，加強了原來1 個密封環的密封性，密封環T與阻流環端面密封，阻流環端面與密封盒端面形成密封面。氣缸吸氣時，氣體通過密封環P的導氣槽回流到氣缸，密封盒內的氣體壓力逐漸下降，保證在下1個壓縮過程中填料密封環的前后又建立起新的壓差，使填料密封環形成3個密封面起到密封作用，有效解決了壓縮機填料泄漏問題。

4 結束語

2019年9月更換填料密封后，裝置運行一直穩定。由此而產生的直接經濟效益：備件消耗及每次檢修必須更換所有費用2.17×104元，每年按檢修1次計算節約費用3×2.17=6.51×104元。另外，停工產生的直接損失和間接損失，將直接影響化工廠的經濟效益，其次填料泄漏氫氣給裝置安全帶來隱患，威脅到整個裝置的平穩運行。