新建裝置往復式循環(huán)氫壓縮機填料泄漏原因分析

高 旭

（中國石油廣西石化公司，廣西 欽州 535008）

設備與自控

新建裝置往復式循環(huán)氫壓縮機填料泄漏原因分析

高 旭

（中國石油廣西石化公司，廣西 欽州 535008）

分析了某煉油廠制氫裝置循環(huán)氫壓縮機在開工后出現的填料泄漏原因，并結合往復式壓縮機在使用過程中常見的填料泄漏問題，提出了針對性的處理措施。

往復式；壓縮機；填料；泄漏

某煉油廠制氫裝置有2臺DW-3/（20-36.4）-X型循環(huán)氫壓縮機，要滿足制氫裝置原料脫硫需求，是確保制氫裝置安全平穩(wěn)運行的關鍵。

1 問題發(fā)現及分析

制氫裝置在開工后發(fā)現壓縮機廠房內有氫氣泄漏，用便攜式氫氣報警儀檢測壓縮機機體附近，結果嚴重超標，初步判斷為存在泄漏。該處出現泄漏氫氣，一般常見的原因為：1）壓縮機緩沖罐及附屬管線連接法蘭、絲堵出現泄漏；2）附屬儀表接頭存在泄漏；3）壓縮機填料泄漏；4）壓縮機本體（氣缸端蓋）存在泄漏等。為了確認泄漏位置，使用噴壺對各個可能泄漏的部位進行了氣密試驗，最終確認為壓縮機的填料處存在泄漏。

2 原因分析

2.1 基本概況

該循環(huán)氫壓縮機為二列一級無油潤滑，工作介質為循環(huán)氫，進口壓力為2.20MPa，出口壓力為3.74MPa，額定流量為3480Nm3·h-1，額定功率為80.4kW。該壓縮機采用壓力填料（也稱氣缸填料）密封，是指裝在氣缸軸側，防止氣缸內氣體向外泄漏的部件，中間有活塞桿穿過。

2.2 壓力填料構成

該壓縮機壓力填料由節(jié)流套、若干填料盒以及壓蓋組成。填料部件的高壓側（裝入氣缸中的一側）是節(jié)流套，內裝節(jié)流環(huán)。填料部件的低壓側（在中體隔室中的一側）為壓蓋，與氣缸做的填料腔連接，壓緊每一組填料盒。每個填料盒內裝一組填料，每組填料中有一組阻流環(huán)、徑向密封環(huán)和切向密封環(huán)（密封環(huán)）。

節(jié)流環(huán)：一般與活塞桿為非緊密接觸，主要密封面是兩側端面和內孔，裝在填料的第一組，起節(jié)流作用。

徑向密封環(huán)（鎖閉環(huán)）、切向密封環(huán)（密封環(huán)）：填料中的主要密封零件之一，主要密封面是兩側斷面和內孔，內孔與活塞桿緊密接觸，磨損后在氣體力和彈簧力的作用下能自行補償。

阻流環(huán)：無油潤滑的徑向環(huán)和切向環(huán)通常都是用工程塑料制成，這種材料在高溫高壓的持續(xù)作用下會產生塑性變形，阻流環(huán)就是阻止這種塑性變形的產生。因工程上將這種塑性變形習慣稱作冷流，故稱作阻流環(huán)。

2.3 密封原理

以圖1為例，當氣缸內的高壓氣體通過活塞桿外圓的間隙漏過來時，經過第一組填料是節(jié)流環(huán)，節(jié)流環(huán)的兩側平面是經過研磨的，內圓有若干迷宮槽，外圓與節(jié)流套有一定的浮動空間，節(jié)流環(huán)在氣體壓力的作用下，靠緊下一組填料盒，阻止氣流從端面流向下一組填料。而在節(jié)流環(huán)與活塞桿的配合面上，因節(jié)流環(huán)上有若干迷宮槽，氣流經過時產生了第一個壓降。在節(jié)流套后是若干填料盒，這樣，氣體每經過一組填料就產生一個壓差，直到接近常壓，實現氣體的密封。

圖1 填料密封原理示意圖

填料密封作為一種動密封，隨著運行時間的推移，填料環(huán)會產生磨損，不可能達到完全密封。對壓縮危險性氣體或貴重氣體的機組，為減少工作介質的外漏，提高機組的安全性，在填料的低壓側設置有緩沖氣體注入口和漏氣收集口，對于本機引入緩沖氣體為0.1MPa的氮氣，這樣，一部分緩沖氣體漏向漏氣收集口，另一部分漏向本體的隔離室并高點排空。

2.4 泄漏原因

為了查找可能的原因，先對停運的循環(huán)氫壓縮機填料進行拆卸檢查，隨后對具體情況和分析如下：

1）首先復測并確認填料密封環(huán)外形尺寸是否正常，有無擠壓變形現象：軸向厚度15.20mm，徑向高度13.90～14.00mm。填料盒放置密封環(huán)的杯槽深度15.62mm，填料軸向間隙在0.39～0.53mm設計范圍內。

2）檢查發(fā)現氣缸活塞有較多不明粉塵粘附，且氣缸內有油現象，復測氣缸環(huán)尺寸：活塞環(huán)徑向厚度：9.30～9.40mm，設計值：9.50mm；支承環(huán)徑向厚度：7.10～7.20mm，設計值：7.20mm?；钊h(huán)、支承環(huán)磨損情況正常，不足以產生這么多粉塵，可能是氣體附帶粉塵或管線內的粉塵（從填料環(huán)內孔軸向拉痕可見）及部分環(huán)磨粉組成的。

3）拆開填料，發(fā)現低壓第二組密封環(huán)、減壓環(huán)方向錯誤；

4）密封環(huán)內孔都有軸向拉痕，可能是新裝置管線內含有細小顆粒粉塵雜質造成。

5）檢查填料盒充氮和漏氣回收管線，發(fā)現布置與常規(guī)設計有異。漏氣回收孔應在高壓側，充氮口應在靠近法蘭側?，F場填料盒布置正好相反，使得本應進入漏氣回收的氣體倒灌入氮氣管線。

3 整改措施

根據現場情況，我們現場調整了壓縮機填料盒接口位置，并對活塞環(huán)等進行了清理后重新安裝，重新開機，壓縮機工作正常，填料無泄漏。

4 結論

根據現場拆卸過程中所見的現象，對于往復式循環(huán)氫壓縮機需注意幾點事項：

1）對于新安裝的壓縮機在試運行之前，應檢查確認填料盒充氮和漏氣回收管線布置是否正確，同時應重點檢查壓縮機的填料安裝是否正確。

2）項目設計階段，應確認氣體組分中是否含有微量的水，若不含水一般是按照濕性氣體選擇密封件材料的。對于無油潤滑壓縮機，氣體組分對密封件材料的選擇非常重要，即使壓縮氣體中僅有微量水汽，也必須列出。

3）對于無油潤滑的壓縮機，建議每間隔6個月打開氣缸復測活塞與氣缸內壁之間的間隙值，若小于0.50mm應立即更換支承環(huán)，以免發(fā)生嚴重的擦缸事故。

［1］ 趙克中.磁力驅動技術與設備［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2003.

［2］ 汪霞倩，等.石油煉廠設備［M］.北京：中國石化出版社，2001.

［3］ 王興亞.往復活塞式壓縮機的填料結構設計［J］.流體機械，1998（3）：17-20.

Cause Analysis for Packing Leakage of Recycle Hydrogen Compressor

GAO Xu
（Guangxi Petrochemical Company， CNPC， Qinzhou 535008， China）

TH 45

B

1671-9905（2015）09-0068-02

2015-07-06