SV12-M型壓縮機蝸殼密封泄漏的原因分析及改進措施

趙威委

SV12-M型壓縮機蝸殼密封泄漏的原因分析及改進措施

趙威委

（河南龍宇煤化工有限公司氣化一廠， 河南 永城 476600）

針對SV12-M型壓縮機蝸殼密封泄漏的原因進行認真分析研究，并對密封形式進行了技術改造，解決了蝸殼密封泄漏的問題，消除了壓縮機運行期間的隱患，延長了壓縮機的運行周期，提高了壓縮機運行的經濟性和安全性。

SV12-M；壓縮機；密封；泄漏；技術改造

SV12-M型壓縮機是河南龍宇煤化工有限公司殼牌氣化裝置升級改造后的激冷氣循環氣離心壓縮機，該壓縮機為沈陽鼓風機集團有限公司生產，于 2011年 7月投入使用。該壓縮機蝸殼為垂直剖分把合結構，密封采用氟橡膠O型環加聚四氟乙烯防壓墊片組合密封。由于受橡膠熱氧老化的影響，其蝸殼與端板之間的密封失效速率加快，頻繁泄漏，而泄漏氣體為高溫、高壓、易燃的粗煤氣，泄漏后如不及時消除漏點，對安全生產造成極大威脅。因此,針對以上問題, 筆者對泄漏的原理進行認真研究, 找出了解決該問題的方法, 經過改造后, 取得了滿意的效果。

1 壓縮機簡介

1.1 壓縮機的組成及型號意義

SV12-M型壓縮機機組由壓縮機、液力偶合器及電機組成，三者之間通過膜片聯軸器聯接，為了便于安裝找正整體布置于同一鋼制底座上，整個機組（除液力偶合器）采用潤滑油站供油，機組為雙層布置，主機置于樓上，油站以及液力偶合器配套的泵站、板式換熱器等置于樓下，壓縮機的軸端密封采用干氣密封。為了確保機組安全運轉，壓縮機組設有各種控制及保安裝置。SV12-M型離心壓縮機是單級懸臂型離心壓縮機。S表示單級高速壓縮機；V表示蝸殼為垂直剖分形式；12為系列代號，表示入口名義流量除以1 000；M表示壓縮機的原動機是電機。SV12-M型壓縮機為水平進氣，一級懸臂葉輪，氣體通過一級壓縮至出口狀態的壓縮機，其蝸殼為垂直剖分把合結構。

機組布置示意圖如圖1所示。

圖1 機組示意圖

表1 壓縮機的主要技術參數

1.2 壓縮機的結構及組成

壓縮機主要由定子(蝸殼、端板、支架、輪蓋密封) 、轉子(軸、葉輪、軸頭螺母、鎖緊螺母等)、大齒輪（齒環、輪軸、半聯軸器）、齒輪箱及支撐軸承、支推軸承、干氣密封等組成。SV12-M型壓縮機為水平進氣、一級懸臂葉輪、氣體通過一級壓縮至出口狀態的壓縮機[1-2]。

離心壓縮機定子及其組成（如圖2）。

1）蝸殼 SV型壓縮機的蝸殼采用鑄造蝸殼，垂直剖分結構，懸臂蝸室通過端法蘭把合在齒輪箱上。蝸殼采用鑄鋼20CrMo材料。

2）端板 端板是形成流道的定子部件，引導氣流從進口法蘭處流向葉輪進口。

3）支架 支架是形成流道的定子部件，引導氣流從葉輪出口流向蝸室。支架采用鑄鋼20CrMo材料[3]。

圖2 定子及其組成

2 運行時壓縮機蝸殼密封泄漏情況及原因分析

2.1 壓縮機蝸殼密封泄漏情況

圖2 X詳圖為該壓縮機蝸殼與端板的密封及結構形式。密封組一、密封組二均為組合密封，由一個氟橡膠“O”型圈與一個聚四氟乙烯防壓墊片組合而成。密封組一為軸向端面密封，其主要作用是阻止支架與端板之間的介質向外泄漏。密封組二為徑向環向密封，其主要作用是阻止支架與蝸殼之間的介質向外泄漏。由于其結構形式的特殊性，壓縮機自運行以來，蝸殼與端板之間的密封泄漏頻繁，一般開車正常后15天左右均會出現不同程度的泄漏。其泄漏介質為220 ℃的高溫易燃易爆氣體（主要成分為CO，含有少量硫化氫），泄漏后遇明火或高溫便會燃燒，其與空氣混合后的爆炸極限為12.5％～80％。該位置一旦泄漏若未及時發現或處理，就會產生極大的安全隱患，危及壓縮機的安全穩定長周期運行[4]。泄漏還會造成揮發性有機物超標[5]。

2.2 泄漏原因分析

經過現場泄漏后的多次拆卸檢查、檢修及現場拆卸的實際情況，泄漏原因分析如下：

1）每次拆卸都會發現氟橡膠“O”型圈存在老化變硬或斷裂的現象。氟橡膠“O”型圈密封緊力的衰減是造成密封失效的直接原因。由于該部位密封結構形式的特殊性，氟橡膠“O”型圈一旦失去密封緊力或局部失去密封緊力便會造成介質的泄漏。影響氟橡膠“O”型圈密封緊力的要素：

a、氟橡膠“O”型圈在安裝時密封緊力不均勻導致局部密封緊力過小。在端板、支架回裝、安裝時，由于端板與蝸殼僅靠螺栓進行連接，缺少定位銷等精準定位附件，安裝時很難保證端板與蝸殼的同心度，也就是很難保證密封組二的密封緊力圓周方向的均勻。從而導致密封組二的氟橡膠“O”型圈下半周密封緊力較大，上半周密封緊力較小，圓周方向的密封緊力不一致最終造成介質的泄漏。

b、氟橡膠“O”型圈的老化導致密封緊力衰減。長期的高溫硫化氫環境加劇了氟橡膠的熱裂解和熱交聯[6]，最終導致密封組一、密封組二中的“O”型圈老化變硬斷裂，從而失去密封性能，造成介質泄漏。

c、在支架回裝的過程中，存在支架和蝸殼同心度調整不均勻的情況，在支架壓入的過程中，由于與蝸殼同心度的偏差，會造成密封組二“O”型圈的剝皮損壞。在不拆卸檢查的情況下很難檢查到這種“O”型圈的剝皮損壞。這種損壞形式加大、加劇了圓周方向密封緊力不一致現象的發生，加劇了介質的泄漏。

2）由于介質中水蒸氣的含量較高，高溫、高濕的硫化氫環境對蝸殼（材質：鑄鋼20CrMo）、端板存在的電化學腐蝕和氫損傷較嚴重。蝸殼內壁腐蝕后內徑增加變大，支架腐蝕后外徑減小、內徑增加變大。導致蝸殼與支架、蝸殼與端板之間的配合間隙變大，從而減弱密封組一、密封組二中“O”型圈的密封效果，加劇介質泄漏的發生。每次檢修的拆卸都需要對端板、支架、蝸殼密封處進行垢層打磨、清理，每次的打磨、清理都會增加該部位的配合間隙，從而加劇密封緊力的衰減，加促介質泄漏的發生。

3 壓縮機蝸殼密封泄漏的解決措施及使用效果

通過上述對泄漏原因的分析及對蝸殼、端板、支架結構的研究，結合現場實際情況及各部件的行為尺寸，在不改變各部件原結構形式及各項性能指標的前提下，經過大量的選型篩選及數據計算，確定在端板和蝸殼之間再添加一道密封，阻止端板與支架、支架與蝸殼間密封失效后泄漏的外漏。結合端板的結構最終采取在端板的子母扣凸臺與連接螺栓孔之間加工環形密封槽，增加一道強制性端面密封。由于該密封位置結構過于緊湊，加工出的環形槽寬度較窄，槽內只能裝入無內外圈的金屬纏繞墊。經過對所需密封比壓的計算，結合無內外圈金屬纏繞墊生產加工的實際情況，最終確定該密封件的各項尺寸數據。如圖3所示。

圖3 管板加工圖

該密封槽加工改造后裝入定制密封墊，支架、端板回裝后各項尺寸數據完全符合使用要求，與改造前對比各項尺寸數據無變化。經過氣密性實驗及運行效果驗證，此次密封改造完全解決了該部位頻繁發生泄漏的問題，實現了一個檢修周期無泄漏。此端面密封自2015年7月實施后使用至今該部位未曾發生過泄漏，每次檢修拆卸后僅更換定制金屬纏繞墊即可。

4 結束語

通過對該部位增加強制性端面密封的改造[7]，徹底解決了SV12-M型壓縮機蝸殼與端板之間密封頻繁泄漏的問題，大大提高了壓縮機運行的安全性和經濟性，延長了該壓縮機的運行周期，保障了后續裝置的長周期可靠運行。

[1] 田森. Shell粉煤氣化裝置激冷氣壓縮機高速軸振動問題的研究[J]. 小氮肥, 2016, 44 (8):14-15.

[2] 田森. 淺析殼牌煤氣化激冷氣壓縮機故障原因及處理措施[J]. 上海化工, 2016 (41): 26-28.

[3] 孫家姝, 刁全, 亢天明. 激冷氣壓縮機的研制及整體結構改進[J]. 風機技術, 2014 (6): 44-49.

[4] 朱白欽, 魯世軍. SV12-M壓縮機組問題及改善措施[J]. 設備管理與維修, 2013 (10): 67-67.

[5] 劉安琪, 趙東風, 王嘉麟, 等. 石化企業設備動靜密封點揮發性有機物泄漏管控研究[J]. 當代化工, 2019, 48 (9): 2094-2097.

[6] 張奎. XNBR/PVC共混膠的性能研究[J]. 遼寧化工, 2020, 49 (5):13-14.

[7] 竇云飛. 殼牌煤氣化激冷氣壓縮機改造總結[J]. 山東工業技術, 2015 (16): 203-203.

Cause analysis of Leakage of Volute Seal of SV12-M Compressor and Improvement Measures

(No.1 Gasification Plant of Henan Longyu Coal Chemical Co., Ltd., Yongcheng Henan 476600, China)

The causes of volute seal leakage of SV12-M compressor in our company were carefully analyzedand studied, and the sealing form was technically reformed to solve the problem of volute seal leakage, eliminate the hidden dangers during the operation of the compressor, prolong the operation cycle of the compressor and improve the economy and safety of the operation of the compressor.

SV12-M; Compressor; Seal; Leak; Technical transformation

2021-08-24

趙威委（1987-），男，河南省開封市人，助理工程師，2008年畢業于開封市高級技工學校鉗工與數控技術專業，從事化工設備技術管理工作。

TQ016.5+5

A

1004-0935（2021）11-1728-03