新建装置往复式循环氢压缩机填料泄漏原因分析

高 旭

（中国石油广西石化公司，广西 钦州 535008）

设备与自控

新建装置往复式循环氢压缩机填料泄漏原因分析

高 旭

（中国石油广西石化公司，广西 钦州 535008）

分析了某炼油厂制氢装置循环氢压缩机在开工后出现的填料泄漏原因，并结合往复式压缩机在使用过程中常见的填料泄漏问题，提出了针对性的处理措施。

往复式；压缩机；填料；泄漏

某炼油厂制氢装置有2台DW-3/（20-36.4）-X型循环氢压缩机，要满足制氢装置原料脱硫需求，是确保制氢装置安全平稳运行的关键。

1 问题发现及分析

制氢装置在开工后发现压缩机厂房内有氢气泄漏，用便携式氢气报警仪检测压缩机机体附近，结果严重超标，初步判断为存在泄漏。该处出现泄漏氢气，一般常见的原因为：1）压缩机缓冲罐及附属管线连接法兰、丝堵出现泄漏；2）附属仪表接头存在泄漏；3）压缩机填料泄漏；4）压缩机本体（气缸端盖）存在泄漏等。为了确认泄漏位置，使用喷壶对各个可能泄漏的部位进行了气密试验，最终确认为压缩机的填料处存在泄漏。

2 原因分析

2.1 基本概况

该循环氢压缩机为二列一级无油润滑，工作介质为循环氢，进口压力为2.20MPa，出口压力为3.74MPa，额定流量为3480Nm3·h-1，额定功率为80.4kW。该压缩机采用压力填料（也称气缸填料）密封，是指装在气缸轴侧，防止气缸内气体向外泄漏的部件，中间有活塞杆穿过。

2.2 压力填料构成

该压缩机压力填料由节流套、若干填料盒以及压盖组成。填料部件的高压侧（装入气缸中的一侧）是节流套，内装节流环。填料部件的低压侧（在中体隔室中的一侧）为压盖，与气缸做的填料腔连接，压紧每一组填料盒。每个填料盒内装一组填料，每组填料中有一组阻流环、径向密封环和切向密封环（密封环）。

节流环：一般与活塞杆为非紧密接触，主要密封面是两侧端面和内孔，装在填料的第一组，起节流作用。

径向密封环（锁闭环）、切向密封环（密封环）：填料中的主要密封零件之一，主要密封面是两侧断面和内孔，内孔与活塞杆紧密接触，磨损后在气体力和弹簧力的作用下能自行补偿。

阻流环：无油润滑的径向环和切向环通常都是用工程塑料制成，这种材料在高温高压的持续作用下会产生塑性变形，阻流环就是阻止这种塑性变形的产生。因工程上将这种塑性变形习惯称作冷流，故称作阻流环。

2.3 密封原理

以图1为例，当气缸内的高压气体通过活塞杆外圆的间隙漏过来时，经过第一组填料是节流环，节流环的两侧平面是经过研磨的，内圆有若干迷宫槽，外圆与节流套有一定的浮动空间，节流环在气体压力的作用下，靠紧下一组填料盒，阻止气流从端面流向下一组填料。而在节流环与活塞杆的配合面上，因节流环上有若干迷宫槽，气流经过时产生了第一个压降。在节流套后是若干填料盒，这样，气体每经过一组填料就产生一个压差，直到接近常压，实现气体的密封。

图1 填料密封原理示意图

填料密封作为一种动密封，随着运行时间的推移，填料环会产生磨损，不可能达到完全密封。对压缩危险性气体或贵重气体的机组，为减少工作介质的外漏，提高机组的安全性，在填料的低压侧设置有缓冲气体注入口和漏气收集口，对于本机引入缓冲气体为0.1MPa的氮气，这样，一部分缓冲气体漏向漏气收集口，另一部分漏向本体的隔离室并高点排空。

2.4 泄漏原因

为了查找可能的原因，先对停运的循环氢压缩机填料进行拆卸检查，随后对具体情况和分析如下：

1）首先复测并确认填料密封环外形尺寸是否正常，有无挤压变形现象：轴向厚度15.20mm，径向高度13.90～14.00mm。填料盒放置密封环的杯槽深度15.62mm，填料轴向间隙在0.39～0.53mm设计范围内。

2）检查发现气缸活塞有较多不明粉尘粘附，且气缸内有油现象，复测气缸环尺寸：活塞环径向厚度：9.30～9.40mm，设计值：9.50mm；支承环径向厚度：7.10～7.20mm，设计值：7.20mm。活塞环、支承环磨损情况正常，不足以产生这么多粉尘，可能是气体附带粉尘或管线内的粉尘（从填料环内孔轴向拉痕可见）及部分环磨粉组成的。

3）拆开填料，发现低压第二组密封环、减压环方向错误；

4）密封环内孔都有轴向拉痕，可能是新装置管线内含有细小颗粒粉尘杂质造成。

5）检查填料盒充氮和漏气回收管线，发现布置与常规设计有异。漏气回收孔应在高压侧，充氮口应在靠近法兰侧。现场填料盒布置正好相反，使得本应进入漏气回收的气体倒灌入氮气管线。

3 整改措施

根据现场情况，我们现场调整了压缩机填料盒接口位置，并对活塞环等进行了清理后重新安装，重新开机，压缩机工作正常，填料无泄漏。

4 结论

根据现场拆卸过程中所见的现象，对于往复式循环氢压缩机需注意几点事项：

1）对于新安装的压缩机在试运行之前，应检查确认填料盒充氮和漏气回收管线布置是否正确，同时应重点检查压缩机的填料安装是否正确。

2）项目设计阶段，应确认气体组分中是否含有微量的水，若不含水一般是按照湿性气体选择密封件材料的。对于无油润滑压缩机，气体组分对密封件材料的选择非常重要，即使压缩气体中仅有微量水汽，也必须列出。

3）对于无油润滑的压缩机，建议每间隔6个月打开气缸复测活塞与气缸内壁之间的间隙值，若小于0.50mm应立即更换支承环，以免发生严重的擦缸事故。

［1］ 赵克中.磁力驱动技术与设备［M］.北京：化学工业出版社，2003.

［2］ 汪霞倩，等.石油炼厂设备［M］.北京：中国石化出版社，2001.

［3］ 王兴亚.往复活塞式压缩机的填料结构设计［J］.流体机械，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