循環(huán)氫壓縮機填料密封泄漏的原因分析及改進
對某柴油加氫改質(zhì)裝置循環(huán)氫壓縮機試車過程中出現(xiàn)的氣缸高壓填料密封泄漏問題進行分析，從填料密封材質(zhì)和填料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)兩方面對氣缸高壓填料進行設(shè)計改進，如提高填料材質(zhì)耐磨性和彈簧強度，增加注油口以保證填料潤滑均勻，法蘭增加O型圈以防止氣體從填料盒泄漏，改進水循環(huán)方式使冷卻效果更佳。該改進方案使機組高壓填料密封泄漏問題得以解決，為國內(nèi)同類設(shè)備處理類似問題提供了參考。
循環(huán)氫壓縮機是加氫裝置的核心設(shè)備，主要為加氫反應(yīng)提供反應(yīng)氫氣和帶走反應(yīng)熱�？死斠朗�120 萬噸/年柴油加氫改質(zhì)裝置循環(huán)氫壓縮機試車過程中出現(xiàn)氣缸高壓填料頻繁泄漏，真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)認為會對公司安全生產(chǎn)和操作人員人身安全構(gòu)成巨大威脅。本文作者分析高壓填料泄漏原因，通過對該機組高壓填料進行多次改進和設(shè)計，解決氣缸高壓填料頻繁泄漏問題，保證了公司安全生產(chǎn)和設(shè)備長周期安全運行，取得了顯著的經(jīng)濟效益和安全效益。
1、試運行中存在的問題
120 萬噸/年加氫改質(zhì)裝置壓縮機為循環(huán)氫- 氫氣增壓聯(lián)合機組，共設(shè)2 臺，一開一備。壓縮機型號為MW-34.2 / (110-130) -20 /(13-22 ) -X，結(jié)構(gòu)形式為固定水冷對置式四列一級少油潤滑往復(fù)式活塞壓縮機，其中三列為循環(huán)缸，一列為氫氣增壓缸。循環(huán)缸介質(zhì)為循環(huán)氫( 含硫化氫) ，進氣壓力為11.0 MPa，排氣壓力為13.0 MPa，排量為190 000 Nm3 /h。電機型號為TAW2700-20 /2600W，功率為2 700 kW。該機組試車過程中填料泄漏突然加大，泄漏出來的循環(huán)氫( 含硫化氫) 嚴重時充滿了整個壓縮機房，機房內(nèi)的可燃氣和硫化氫報警器頻繁報警，機房內(nèi)硫化氫氣味較大；泄漏出來的氫氣和硫化氫從中體串入與之連接的儀表引壓管線內(nèi)，現(xiàn)場存在很大的安全隱患； 填料泄漏量大，沖破了所有填料組件和中體內(nèi)兩道氮封保護進入曲軸箱內(nèi)，在曲軸箱呼吸閥處檢測可燃氣和硫化氫濃度超標，曲軸箱內(nèi)存在爆炸的潛在隱患。
由于填料泄漏，2013 年1 月該機組一個月內(nèi)頻繁切換和檢修次數(shù)達6 次以上，檢修和機組切換工作量很大，機組頻繁檢修，對生產(chǎn)造成嚴重影響。
2、循環(huán)氫壓縮機氣缸填料泄漏原因分析
該機組高壓填料組合配置如圖1 所示，從右至左分別為：1 組減壓環(huán)、9 組主密封環(huán)、2 組漏氣密封/氮氣保護環(huán)。
圖1 高壓填料安裝示意圖
通過多次對填料組合進行解體檢查發(fā)現(xiàn)：減壓環(huán)彈簧、主密封填料的阻流環(huán)彈簧均發(fā)生斷裂，如圖2所示；主密封填料的切向環(huán)磨損嚴重，如圖3 所示；填料盒內(nèi)潤滑油偏少； 填料壽命只有1 - 2 個月。這表明現(xiàn)有填料材質(zhì)和彈簧強度均滿足不了高壓下( 進氣壓力11. 0 MPa，排氣壓力13. 0 MPa) 的密封要求，需要提高填料材質(zhì)的耐磨性，對填料彈簧強度進行升級改造。
圖2 主密封填料彈簧斷裂
圖3 主密封填料切向環(huán)嚴重磨損
通過分析，認為該填料系統(tǒng)設(shè)計存在以下問題：
(1) 壓縮機填料環(huán)彈簧力不夠，形不成初始狀態(tài)下環(huán)對活塞桿的有效密封，這可能是造成機組運行中填料泄漏突然加大的原因；
(2) 壓縮機填料環(huán)太薄，剛度不夠，達不到有效密封；
(3) 壓縮機填料環(huán)選材及加工不過關(guān)；
(4) 壓縮機填料盒和填料環(huán)分別由兩家提供，可能存在不匹配問題；
(5) 循環(huán)氫機組填料組數(shù)多，參照其他類似機組發(fā)現(xiàn)該機填料盒注油點少，填料潤滑效果差；
(6) 填料盒冷卻水距離活塞桿遠，冷卻效果差；
(7) 填料盒漏氣回收孔及排火炬管路細等設(shè)計存在不合理的地方。
3、氣缸填料系統(tǒng)的改造
針對該機組氣缸高壓填料密封存在的填料材質(zhì)和彈簧強度均不能滿足要求的情況，重新設(shè)計了新填料環(huán)，并將INCONEL 彈簧更換為304 材料，提高其強度等級，但安裝使用后仍然泄漏嚴重。因此，決定對填料結(jié)構(gòu)進行重新設(shè)計。首先，提高填料材料耐磨等級，采用HY101 耐磨材料代替HY509 材料； 第二，在結(jié)構(gòu)上增加軸向推力彈簧，并將外圈彈簧力提高為原始彈簧力的2 倍； 第三， 對填料系統(tǒng)進行改造。具體改造方案為：
(1) 在填料盒內(nèi)增加一注油點，從注油器上再引出一路注油管線，連通到中體填料盒，中體及填料盒上增加兩套接頭，如圖4 所示。這是因為該機組共設(shè)有11 組填料，多次檢修發(fā)現(xiàn)靠尾端的填料明顯潤滑不足，加劇了填料的磨損，因此通過增加一個注油口，盡可能地避免潤滑不均。
圖4 增加注油點相應(yīng)配合示意圖
(2) 減少主密封環(huán)組數(shù)，由9 組減少至7 組。減少主密封環(huán)組數(shù)后，可進一步確保填料潤滑和冷卻效果更好。
(3) 法蘭加O 型圈，防止氣體從填料盒泄漏。
(4) 水循環(huán)采用近活塞桿的方式，冷卻效果更佳。
4、結(jié)束語
采用新的填料系統(tǒng)對120 萬噸/年加氫改質(zhì)循環(huán)氫壓縮機進行改造后，循環(huán)氫壓縮機連續(xù)運行8 個月未發(fā)現(xiàn)填料明顯泄漏。加氫改質(zhì)循環(huán)氫壓縮機高壓填料密封的改造成功，為解決相同類型的高壓填料密封泄漏的問題提供了參考。
