郭威+石爽

摘 要 文章文介紹了沈陽氣體壓縮機(jī)廠出廠的4M50型壓縮機(jī)的活塞桿氣封的結(jié)構(gòu)及基本原理，主要對(duì)現(xiàn)場使用發(fā)生泄漏的故障進(jìn)行針對(duì)性檢查分析，從失效原理、密封環(huán)材料的選用、現(xiàn)場裝配問題、冷卻水質(zhì)的好壞等多方面進(jìn)行故障分析，并對(duì)故障的處理進(jìn)行了介紹，也對(duì)密封環(huán)保存、裝配注意事項(xiàng)、各部位間隙注意等安裝問題進(jìn)行了介紹，還對(duì)運(yùn)行使用所需注意事項(xiàng)進(jìn)行介紹，用以避免及減少失效故障的發(fā)生，保證運(yùn)行的安全，最后進(jìn)行必要的總結(jié)。

關(guān)鍵詞 往復(fù)式壓縮機(jī)；活塞桿；密封填料

中圖分類號(hào)：TH45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）14-0082-02

往復(fù)式活塞壓縮機(jī)在石油化工行業(yè)中廣泛應(yīng)用，發(fā)揮了重要作用，但也經(jīng)常出現(xiàn)由各種原因引起的運(yùn)行故障，造成生產(chǎn)上的波動(dòng)影響裝置的安全生產(chǎn)。

其中密封填料作為防止被壓縮氣體泄漏的部件系統(tǒng)，其故障率較高，本文對(duì)其泄漏失效故障進(jìn)行分析和處理，現(xiàn)以煉油廠某裝置氫氣壓縮機(jī)（型號(hào)4M50-24.5/23-192-BX）三級(jí)密封填料泄漏故障維修為例進(jìn)行分析處理，并對(duì)密封原理安裝運(yùn)行維護(hù)等進(jìn)行簡單介紹，以便有效延長機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，保證安全生產(chǎn)。

1 氣封填料的結(jié)構(gòu)及密封原理

1.1 填料結(jié)構(gòu)

分析部件問題產(chǎn)生的原因，首先要弄清楚結(jié)構(gòu)，才能從根本上對(duì)問題進(jìn)行解決。

密封填料函組成，由4F-4材質(zhì)徑向密封環(huán)和切向密封環(huán)（見圖1）、ZQSn6-6-3材質(zhì)阻流環(huán)（見圖1）組成密封元件組外加2組ZQSn6-6-3材質(zhì)節(jié)流環(huán)（形狀如阻流環(huán)，厚度增加）及2組4F-4材質(zhì)氮?dú)饷芊猸h(huán)（形狀如徑向密封環(huán)，厚度增加）組成，每件密封環(huán)為三瓣式結(jié)構(gòu)由彈簧固定連接成圓。

每組密封環(huán)中的密封元件由裝配彈簧固定并提供使密封元件與活塞桿表面接觸的預(yù)緊力，裝配彈簧使分瓣式密封環(huán)組裝為整環(huán)，密封環(huán)之間用銷釘固定相對(duì)位置，各切口相互錯(cuò)開，用以封閉泄漏路徑；整個(gè)環(huán)組在環(huán)槽內(nèi)能夠自由浮動(dòng)，補(bǔ)償活塞桿的徑向擺動(dòng)。阻流環(huán)作用為防止填充聚四氟乙烯的密封環(huán)在高溫高壓下變形。密封環(huán)的組數(shù)由工作壓差決定，密封環(huán)的材質(zhì)由氣體溫度、氣體成分、潤滑、活塞桿材質(zhì)表面粗糙度等決定。

密封元件組合后安裝在材質(zhì)為2Cr13的金屬填料盒中，各組填料盒間用氟膠圈密封由連接螺栓固定后放置于套筒內(nèi)，填料盒外側(cè)缺口與套筒組成冷卻循環(huán)水通道，最外層低壓側(cè)為帶有潤滑油孔、冷卻水孔、漏氣回收孔、前置氮?dú)馐业奶盍戏ㄌm，由螺栓固定在中間接筒內(nèi)，高壓側(cè)填料盒底座與氣缸缸座接觸，其間用氟橡膠“O”環(huán)密封，防止高壓氣體外漏。金屬填料盒見圖2。

1.2 密封原理

密封填料主要用來阻止氣缸內(nèi)氣體沿氣缸與運(yùn)動(dòng)的活塞桿外表面的間隙產(chǎn)生的泄漏，屬于往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封。

氫氣在氣缸內(nèi)經(jīng)過壓縮后，高壓氣體先經(jīng)第一道ZQSn6-6-3節(jié)流環(huán)節(jié)流降壓后進(jìn)入4F-4材質(zhì)密封環(huán)加ZQSn6-6-3材質(zhì)阻流環(huán)的密封環(huán)組；沿徑向切口進(jìn)入密封環(huán)與填料函間的間隙并充滿背隙空間，形成背壓，在每個(gè)環(huán)組內(nèi)形成壓差，加強(qiáng)環(huán)與環(huán)之間及環(huán)與活塞桿之間的接觸，其中阻流環(huán)作用為防止填充聚四氟乙烯的密封環(huán)在高壓下變形，起到阻流與支撐作用；填料彈簧的預(yù)緊力相對(duì)于作用與環(huán)上的壓差是很小的，其主要作用是用來保證環(huán)間的切口間隙及環(huán)與活塞桿之間的間隙，保證環(huán)組內(nèi)背壓的產(chǎn)生及壓差的建立，進(jìn)而保證填料密封有效。由于密封環(huán)存在切口，氣缸與活塞桿、密封環(huán)間存在造成高壓氣體泄漏的間隙，一道密封環(huán)組不可能有效阻止泄漏，因此采用多組密封組件串聯(lián)節(jié)流系統(tǒng)，高壓氣體每經(jīng)過一組密封元件都產(chǎn)生節(jié)流降壓，壓力逐漸降低，體積逐漸膨脹，氣體在通過間隙過程中動(dòng)能增加，壓力減小，進(jìn)入下一組密封環(huán)組中時(shí)空間突然加大，氣體會(huì)形成強(qiáng)烈的漩渦，動(dòng)能大部分會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，總壓頭下降，泄漏量逐漸減小，達(dá)到密封阻止泄漏的目的。

該機(jī)組至少有5道密封環(huán)組結(jié)構(gòu)足以達(dá)到組織泄漏的目的，在最外側(cè)裝有氮?dú)獗Ｗo(hù)將泄漏危害降到最低。

2 密封填料故障原因分析處理

2.1 密封泄漏故障的主要原因

此次檢修過程中發(fā)現(xiàn)節(jié)流環(huán)出現(xiàn)裂紋、密封盒之間密封槽腐蝕嚴(yán)重，盒內(nèi)密封環(huán)支承座磨損出現(xiàn)溝痕、潤滑油結(jié)焦嚴(yán)重、密封環(huán)切口卷曲、盒與盒出現(xiàn)松動(dòng)等。

分析原因有以下幾點(diǎn)。

1）高壓側(cè)節(jié)流環(huán)長時(shí)間承受不均勻載荷的作用，導(dǎo)致碎裂。

2）金屬填料盒的膠圈密封槽腐蝕，膠圈安裝后發(fā)生擠壓

變形。3）填料盒持續(xù)受壓及密封元件的磨損造成支承座密封面損壞出現(xiàn)溝痕。4）運(yùn)轉(zhuǎn)過程中三級(jí)填料注油器油泵出現(xiàn)故障造成停止注油。5）冷卻水線管路堵塞，冷卻水流量降低、流通不暢，多余熱量沒有及時(shí)帶走，造成潤滑油高溫結(jié)焦，影響填料盒冷卻效果。6）連接螺栓緊固松動(dòng)，與螺母連接處螺紋損壞，造成不能提供足夠預(yù)緊力，致使填料盒發(fā)生松動(dòng)，造成盒間軸向間隙增大。7）填料彈簧彈性失效發(fā)生斷裂變形。8）活塞桿表面出現(xiàn)細(xì)微劃痕；活塞支撐環(huán)徑向間隙加大，活塞桿有下沉。

2.2 故障處理

針對(duì)發(fā)現(xiàn)故障作出如下處理。

1）由于機(jī)組的設(shè)計(jì)運(yùn)行條件無法改變，采取更換新節(jié)流環(huán)的方法，并根據(jù)以往的檢修記錄進(jìn)行總結(jié)，估算損壞的時(shí)間頻次，爭取與機(jī)組的計(jì)劃檢修頻次一致，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃維修，減少故障停機(jī)次數(shù)。2）填料盒在不影響組裝后軸向長度的前提下，對(duì)填料盒膠圈密封槽徑向厚度加厚，采用提高腐蝕余量的方法，減少腐蝕。3）對(duì)不影響組裝后軸向長度及密封環(huán)軸向間隙的填料盒進(jìn)行精磨，消除溝痕；損壞嚴(yán)重的進(jìn)行更換，嚴(yán)格控制好安裝后的軸向間隙。4）注油器油泵為單柱塞真空滴油式高壓注油泵，在以往運(yùn)行中也經(jīng)常出現(xiàn)故障，造成某一注油點(diǎn)不注油的情況，因此要配備充足備件予以更換，并對(duì)損壞油泵進(jìn)行維修。5）冷卻水線為直徑DN20的普通20號(hào)無縫管，進(jìn)行機(jī)械清洗疏通更換。6）連接螺栓直徑Φ10，材質(zhì)35CrMoA，螺母35號(hào)鋼，成對(duì)更換。7）更換填料彈簧。8）經(jīng)檢查活塞桿直徑磨損程度在允許范圍內(nèi)，精磨處理后可以正常使用，更換支撐環(huán)、活塞環(huán)后測量活塞桿與十字頭同心度符合要求。endprint

3 密封填料的存放安裝及運(yùn)行維護(hù)注意問題

3.1 存放安裝注意問題

1）密封環(huán)存放溫度控制在30℃以下，避免非金屬材質(zhì)密封環(huán)產(chǎn)生高溫老化，必須存放在密封包裝內(nèi)，避免和空氣中的水份或塵土接觸；必須避開強(qiáng)光照射，避免被空氣中的臭氧侵蝕或老化。2）安裝時(shí)要檢查密封環(huán)的表面質(zhì)量及缺陷，避免硬的顆粒雜質(zhì)夾在環(huán)間，環(huán)組密封環(huán)不能混淆，徑向切口換要朝向高壓側(cè)，有標(biāo)記朝向高壓側(cè)，密封元件組合時(shí)標(biāo)記應(yīng)配對(duì)“1”對(duì)“1”或“.”對(duì)“.”，注意阻流環(huán)朝向低壓側(cè)；要控制環(huán)間的間隙，檢查彈簧的松緊程度，保證開口間隙。3）填料盒安裝要檢查孔內(nèi)無雜質(zhì)異物、密封面光潔度、安裝順序，填料盒間的密封膠圈要完好，裝好后檢查填料盒的潤滑、冷卻、保護(hù)氣、漏氣回收管線的連接情況。4）安裝后對(duì)水、氮?dú)?、潤滑油等輔助系統(tǒng)進(jìn)行投用檢驗(yàn)，防止運(yùn)行后發(fā)生泄漏事故。

3.2 運(yùn)行維護(hù)注意問題

1）機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)前進(jìn)行適當(dāng)初潤滑，增加盤車時(shí)間頻次，機(jī)組零負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)30分鐘以上，保證密封元件內(nèi)有足夠的潤滑油，保證運(yùn)行過程中能夠形成完整連續(xù)的油膜，增強(qiáng)密封的效果。2）運(yùn)行后可能出現(xiàn)微量泄漏，廢氣回收管線發(fā)熱，可以觀察運(yùn)行一段時(shí)間，若泄漏量增大則需停機(jī)檢查，必要時(shí)重新更換。3）定時(shí)對(duì)冷卻水線進(jìn)行反向沖洗，保證循環(huán)水流量充足，流通順暢，增強(qiáng)換熱效果，避免潤滑油結(jié)焦。4）加強(qiáng)日常巡檢的頻次，不要走過場，定時(shí)測量填料外部、出入水口的溫度，進(jìn)水溫度不高于30℃，回水溫差不高于10℃，保證填料盒溫度低于110℃，防止填料系統(tǒng)超溫運(yùn)行。5）對(duì)活塞桿下沉進(jìn)行監(jiān)測，避免造成大量泄漏引發(fā)事故。

4 總結(jié)

以上簡要分析只是針對(duì)此次檢修過程所發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行的具體分析具體處理，而實(shí)際上密封填料失效是一個(gè)復(fù)雜而多變的過程，某一個(gè)問題的出現(xiàn)其實(shí)并不一定就是單一原因引起，很可能是多個(gè)原因共同作用的結(jié)果，例如密封環(huán)本身質(zhì)量、制造缺陷加工誤差及裝配次序不當(dāng)引起的密封失效；潤滑油不足，造成活塞桿與密封填料發(fā)生干磨，致使活塞桿表面損傷，密封失效；活塞桿徑向跳動(dòng)過大也會(huì)造成密封失效；填料盒安裝順序不正確造成密封泄漏等等，可能原因還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，在這里只針對(duì)能解決的問題進(jìn)行整改處理達(dá)到減少泄漏的發(fā)生，降低維修次數(shù)，保證機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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[2]李寶彥，沈殿成，張繼革.石油化工機(jī)器維護(hù)和檢修技術(shù)[M].endprint