预加氢压缩机填料密封泄漏的解决方法

路则超

（中国石化青岛炼油化工有限责任公司，山东 青岛 266500）

预加氢压缩机于2008年投入运行，运行时填料存在轻微泄漏，拆检发现填料盒外部存在大量粉末，填料环、活塞杆磨损严重。填料环与活塞杆接触部位磨损明显，已无法继续使用，活塞杆表面存在明显的轴向划痕，无法满足活塞杆表面粗糙度Ra0.2~0.4μm要求。

填料环和活塞杆磨损后，无法达到密封效果，导致密封泄漏。根据运行经验，此填料密封可靠性较低，填料环磨损较快，填料运行寿命1 a左右，遂决定对填料结构改进。

1 填料密封结构

填料由节流套、节流环、阻流环、若干个填料小室以及压盖等组成。在靠近气缸侧的第1档是节流套，内装节流环。接筒侧为压盖，与气缸的填料腔联接，压紧每组填料。每个填料小室内装1组填料，每组填料包括波形弹簧、元件、锁闭环、密封环、阻流环。锁闭环和密封环用填充CRPTFE制成，以拉伸弹簧将其箍住。运转时主要依靠节流后的气体压力使其紧箍于活塞杆，从而达到密封气体的目的［1］。填料盒的结构见图1。

2 泄漏原因分析

2.1 密封组件结构繁琐

发生泄漏的填料主密封由阻流环、六瓣斜口密封环、径向环、元件、波形弹簧组成，结构比较繁琐，波形弹簧起到压紧密封环的作用，压缩机运行时密封组件在活塞杆的轴向运动带动下不断在填料室内浮动，会对波形弹簧的强度和弹力产生一定影响，波形弹簧如果发生变形或者弹力失效容易使密封环卡涩和磨损，直接影响密封效果。

填料盒的结构见图1，主密封结构见图2。

图1 填料盒结构

图2 主密封组合

氮气密封环由6瓣斜口密封环、径向环、元件、波形弹簧组成，同样是比较繁琐的组合，在运行中容易出现卡涩和磨损，可靠性较低，其结构见图3。

图3 氮气密封组合

2.2 填料盒氮气密封只有1组

填料盒的氮气填料只有1组，氮气充入后可能直接从氮气填料侧直接流向压缩机接筒侧，在氮气注入量有限的情况下，无法形成稳定的氮气压力保护，阻止气体外泄。如果氮气填料失效，那么氮气填料将失去作用，影响密封的稳定运行。

2.3 节流环结构不合理

填料盒高压侧设置节流环，节流环内孔结构为螺旋线结构，且节流环与活塞杆之间间隙较大。此结构适用于轴向旋转密封位置使用，在往复式结构密封效果往往不理想，无法起到节流减压的作用，使高压或高流量气体直接冲击密封组件［2］。

2.4 填料冷却效果不好

填料盒的冷却对密封环的运行至关重要［3］，此台压缩机虽然采用有油润滑，但润滑油带走的热量极为有限，填料冷却水通道小，冷却水流速低，在水质不好的情况下容易结垢，影响冷却效果，导致填料部分温度升高，影响密封环运行寿命。

3 采取的措施

3.1 改进密封组件结构和材质

改进后主密封由阻流环、斜口密封环、锁闭环组成。斜口密封环、锁闭环材料由CRPTFE改为RPTFE，阻流环为锡青铜6-6-3材料，增强了密封组件的润滑性和耐磨性。弹簧为17-7PH材料，提升了弹簧的使用寿命。改进后主密封结构见图4。

图4 改进后主密封组合

氮气密封由2件斜口密封环、1件阻流环组成。斜口密封环材料同样由CRPTFE改为RPTFE，阻流环为锡青铜6-6-3材料，弹簧为17-7PH材料，提升了使用性能。改进后氮气密封见图5。

图5 改进后氮气密封组合

3.2 增加1组氮气密封

在原有氮气密封基础上，增加1组氮气密封组件，充氮口设置在2组氮气密封中间，如此氮气充入后在2组氮气密封中间形成1个正压的氮气密封空间，可以阻止工艺气体外泄［4］。

3.3 改进节流环结构

节流环结构改为迷宫结构，端面加工减压槽，并缩短了节流环轴向长度。材料选择RPTFE，增强自润滑和耐磨性能。改进后的密封结构见图6。

图6 改造后节流环结构

3.4 改进填料冷却方式见

填料冷却结构改进为水套形式，加大了冷却面积，消除了原结构通道小，容易结垢，影响冷却效果的缺陷［5］。

填料冷却结构改进后，冷却水回水温度降低了5℃，填料位置温度降低了15℃，效果明显。

3.5 增加活塞杆耐磨性

该机组在使用陶瓷喷涂活塞杆期间填料泄漏，拆检发现活塞杆表面涂层脱落，分析活塞杆表面陶瓷喷涂存在质量问题。之后将活塞杆表面重新做渗氮处理，满足了对粗糙度的要求，同时保证了耐磨性。另外，每次检修必须对活塞杆表面粗糙度和硬度检查［6］，硬度要在HRC50以上，粗糙度在Ra0.2~0.4μm。

3.6 加强工艺介质过滤和脱液

工艺介质中的灰尘、焦油、水分等进入气缸会造成密封组件、气缸和活塞杆的磨损［7］。尤其是介质中既带灰尘又带液，会加剧密封磨损，缩短密封寿命。压缩机过滤器前后差压超过0.1 MPa就需要清理过滤器，控制压缩机入口分液罐液位不超过5%，压缩机入口缓冲罐每3个月脱液检查1次，避免压缩机带液和其它杂质。

3.7 加强填料泄漏监控

为避免密封泄漏气排至大气，将泄漏气管线流程由排大气改至火炬线，并在火炬气缓冲罐安装精密压力表，随时监控泄漏情况。当密封泄漏量增大时，压力表指示会上升，方便巡检和监控［3］。

4 结束语

（1）压缩机填料密封泄漏的主要原因是填料结构不合理导致的填料环、活塞杆的快速磨损。

（2）主密封结构由阻流环、六瓣斜口密封环、径向环、元件、波形弹簧改为阻流环、斜口密封环、锁闭环组成的结构，化繁为简，减小了运行过程中密封件的卡涩和磨损。

（3）填料环材质选用润滑和耐磨性能好的RPTFE材料，可提高密封的运行寿命。

（4）填料盒节流环改为迷宫结构、增加氮气密封、加强填料冷却、加强工艺介质的过滤和脱液的方法可改善填料密封的运行状况。

（5）填料结构改进后取得较好效果，可为往复压缩机填料泄漏问题处理和密封改进提供借鉴。