往复压缩机气封填料故障分析及安装维护

郭威+石爽

摘 要 文章文介绍了沈阳气体压缩机厂出厂的4M50型压缩机的活塞杆气封的结构及基本原理，主要对现场使用发生泄漏的故障进行针对性检查分析，从失效原理、密封环材料的选用、现场装配问题、冷却水质的好坏等多方面进行故障分析，并对故障的处理进行了介绍，也对密封环保存、装配注意事项、各部位间隙注意等安装问题进行了介绍，还对运行使用所需注意事项进行介绍，用以避免及减少失效故障的发生，保证运行的安全，最后进行必要的总结。

关键词 往复式压缩机；活塞杆；密封填料

中图分类号：TH45 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）14-0082-02

往复式活塞压缩机在石油化工行业中广泛应用，发挥了重要作用，但也经常出现由各种原因引起的运行故障，造成生产上的波动影响装置的安全生产。

其中密封填料作为防止被压缩气体泄漏的部件系统，其故障率较高，本文对其泄漏失效故障进行分析和处理，现以炼油厂某装置氢气压缩机（型号4M50-24.5/23-192-BX）三级密封填料泄漏故障维修为例进行分析处理，并对密封原理安装运行维护等进行简单介绍，以便有效延长机组的正常运转时间，保证安全生产。

1 气封填料的结构及密封原理

1.1 填料结构

分析部件问题产生的原因，首先要弄清楚结构，才能从根本上对问题进行解决。

密封填料函组成，由4F-4材质径向密封环和切向密封环（见图1）、ZQSn6-6-3材质阻流环（见图1）组成密封元件组外加2组ZQSn6-6-3材质节流环（形状如阻流环，厚度增加）及2组4F-4材质氮气密封环（形状如径向密封环，厚度增加）组成，每件密封环为三瓣式结构由弹簧固定连接成圆。

每组密封环中的密封元件由装配弹簧固定并提供使密封元件与活塞杆表面接触的预紧力，装配弹簧使分瓣式密封环组装为整环，密封环之间用销钉固定相对位置，各切口相互错开，用以封闭泄漏路径；整个环组在环槽内能够自由浮动，补偿活塞杆的径向摆动。阻流环作用为防止填充聚四氟乙烯的密封环在高温高压下变形。密封环的组数由工作压差决定，密封环的材质由气体温度、气体成分、润滑、活塞杆材质表面粗糙度等决定。

密封元件组合后安装在材质为2Cr13的金属填料盒中，各组填料盒间用氟胶圈密封由连接螺栓固定后放置于套筒内，填料盒外侧缺口与套筒组成冷却循环水通道，最外层低压侧为带有润滑油孔、冷却水孔、漏气回收孔、前置氮气室的填料法兰，由螺栓固定在中间接筒内，高压侧填料盒底座与气缸缸座接触，其间用氟橡胶“O”环密封，防止高压气体外漏。金属填料盒见图2。

1.2 密封原理

密封填料主要用来阻止气缸内气体沿气缸与运动的活塞杆外表面的间隙产生的泄漏，属于往复运动密封。

氢气在气缸内经过压缩后，高压气体先经第一道ZQSn6-6-3节流环节流降压后进入4F-4材质密封环加ZQSn6-6-3材质阻流环的密封环组；沿径向切口进入密封环与填料函间的间隙并充满背隙空间，形成背压，在每个环组内形成压差，加强环与环之间及环与活塞杆之间的接触，其中阻流环作用为防止填充聚四氟乙烯的密封环在高压下变形，起到阻流与支撑作用；填料弹簧的预紧力相对于作用与环上的压差是很小的，其主要作用是用来保证环间的切口间隙及环与活塞杆之间的间隙，保证环组内背压的产生及压差的建立，进而保证填料密封有效。由于密封环存在切口，气缸与活塞杆、密封环间存在造成高压气体泄漏的间隙，一道密封环组不可能有效阻止泄漏，因此采用多组密封组件串联节流系统，高压气体每经过一组密封元件都产生节流降压，压力逐渐降低，体积逐渐膨胀，气体在通过间隙过程中动能增加，压力减小，进入下一组密封环组中时空间突然加大，气体会形成强烈的漩涡，动能大部分会转化为热能，总压头下降，泄漏量逐渐减小，达到密封阻止泄漏的目的。

该机组至少有5道密封环组结构足以达到组织泄漏的目的，在最外侧装有氮气保护将泄漏危害降到最低。

2 密封填料故障原因分析处理

2.1 密封泄漏故障的主要原因

此次检修过程中发现节流环出现裂纹、密封盒之间密封槽腐蚀严重，盒内密封环支承座磨损出现沟痕、润滑油结焦严重、密封环切口卷曲、盒与盒出现松动等。

分析原因有以下几点。

1）高压侧节流环长时间承受不均匀载荷的作用，导致碎裂。

2）金属填料盒的胶圈密封槽腐蚀，胶圈安装后发生挤压

变形。3）填料盒持续受压及密封元件的磨损造成支承座密封面损坏出现沟痕。4）运转过程中三级填料注油器油泵出现故障造成停止注油。5）冷却水线管路堵塞，冷却水流量降低、流通不畅，多余热量没有及时带走，造成润滑油高温结焦，影响填料盒冷却效果。6）连接螺栓紧固松动，与螺母连接处螺纹损坏，造成不能提供足够预紧力，致使填料盒发生松动，造成盒间轴向间隙增大。7）填料弹簧弹性失效发生断裂变形。8）活塞杆表面出现细微划痕；活塞支撑环径向间隙加大，活塞杆有下沉。

2.2 故障处理

针对发现故障作出如下处理。

1）由于机组的设计运行条件无法改变，采取更换新节流环的方法，并根据以往的检修记录进行总结，估算损坏的时间频次，争取与机组的计划检修频次一致，实现计划维修，减少故障停机次数。2）填料盒在不影响组装后轴向长度的前提下，对填料盒胶圈密封槽径向厚度加厚，采用提高腐蚀余量的方法，减少腐蚀。3）对不影响组装后轴向长度及密封环轴向间隙的填料盒进行精磨，消除沟痕；损坏严重的进行更换，严格控制好安装后的轴向间隙。4）注油器油泵为单柱塞真空滴油式高压注油泵，在以往运行中也经常出现故障，造成某一注油点不注油的情况，因此要配备充足备件予以更换，并对损坏油泵进行维修。5）冷却水线为直径DN20的普通20号无缝管，进行机械清洗疏通更换。6）连接螺栓直径Φ10，材质35CrMoA，螺母35号钢，成对更换。7）更换填料弹簧。8）经检查活塞杆直径磨损程度在允许范围内，精磨处理后可以正常使用，更换支撑环、活塞环后测量活塞杆与十字头同心度符合要求。endprint

3 密封填料的存放安装及运行维护注意问题

3.1 存放安装注意问题

1）密封环存放温度控制在30℃以下，避免非金属材质密封环产生高温老化，必须存放在密封包装内，避免和空气中的水份或尘土接触；必须避开强光照射，避免被空气中的臭氧侵蚀或老化。2）安装时要检查密封环的表面质量及缺陷，避免硬的颗粒杂质夹在环间，环组密封环不能混淆，径向切口换要朝向高压侧，有标记朝向高压侧，密封元件组合时标记应配对“1”对“1”或“.”对“.”，注意阻流环朝向低压侧；要控制环间的间隙，检查弹簧的松紧程度，保证开口间隙。3）填料盒安装要检查孔内无杂质异物、密封面光洁度、安装顺序，填料盒间的密封胶圈要完好，装好后检查填料盒的润滑、冷却、保护气、漏气回收管线的连接情况。4）安装后对水、氮气、润滑油等辅助系统进行投用检验，防止运行后发生泄漏事故。

3.2 运行维护注意问题

1）机组运转前进行适当初润滑，增加盘车时间频次，机组零负荷运转30分钟以上，保证密封元件内有足够的润滑油，保证运行过程中能够形成完整连续的油膜，增强密封的效果。2）运行后可能出现微量泄漏，废气回收管线发热，可以观察运行一段时间，若泄漏量增大则需停机检查，必要时重新更换。3）定时对冷却水线进行反向冲洗，保证循环水流量充足，流通顺畅，增强换热效果，避免润滑油结焦。4）加强日常巡检的频次，不要走过场，定时测量填料外部、出入水口的温度，进水温度不高于30℃，回水温差不高于10℃，保证填料盒温度低于110℃，防止填料系统超温运行。5）对活塞杆下沉进行监测，避免造成大量泄漏引发事故。

4 总结

以上简要分析只是针对此次检修过程所发现的问题进行的具体分析具体处理，而实际上密封填料失效是一个复杂而多变的过程，某一个问题的出现其实并不一定就是单一原因引起，很可能是多个原因共同作用的结果，例如密封环本身质量、制造缺陷加工误差及装配次序不当引起的密封失效；润滑油不足，造成活塞杆与密封填料发生干磨，致使活塞杆表面损伤，密封失效；活塞杆径向跳动过大也会造成密封失效；填料盒安装顺序不正确造成密封泄漏等等，可能原因还远远不止这些，在这里只针对能解决的问题进行整改处理达到减少泄漏的发生，降低维修次数，保证机组平稳运行。

参考文献

[1]安定国编著.往复式压缩机技术问答[M].中国石化出版社，2005.

[2]李宝彦，沈殿成，张继革.石油化工机器维护和检修技术[M].endprint