新氢压缩机填料泄漏原因分析及应对措施
2018-12-29周斌
（中石化安庆分公司）
（中石化安庆分公司）
1 引言
安庆800万t/a炼化一体化项目200万t/a重油加氢装置新氢压缩机，采用的是沈鼓设计制造的往复压缩机，机型为4M80-30/18.5-195-玉-BX，工作介质为纯氢。机组入口正常压力1.75MPa，出口压力19.3MPa，该机型在全国范围内首次用于重油加氢装置。自投产以来，新氢压缩机填料泄漏频繁，导致机组频繁切换、检修，严重影响了装置安全平稳运行。为此，通过对原填料部件结构分析，找出泄漏原因，重新加工填料盒末端气缸密封面，重新设计了填料盒结构，改变了填料环组合方式，实际使用后大大降低了泄漏频率，确保了机组长周期运行。
2 填料密封结构及工作原理
2.1填料密封结构
填料部件的组成结构，如图1所示。填料环组安装在填料杯槽内，每个填料杯槽间采用O型圈密封的方式。组装结束后，通过螺栓将整个填料部件和气缸的轴侧连接，加之合适的预紧力既保证了填料环槽之间的密封，也保证了填料盒末端通过末端垫片与气缸的密封。根据需要，填料部件设置有润滑、冷却、保护气和漏气回收。
安庆800万t/a炼化一体化项目200万t/a重油加氢装置新氢压缩机，采用的是沈鼓设计制造的往复压缩机，机型为4M80-30/18.5-195-玉-BX，工作介质为纯氢。机组入口正常压力1.75MPa，出口压力19.3MPa，该机型在全国范围内首次用于重油加氢装置。自投产以来，新氢压缩机填料泄漏频繁，导致机组频繁切换、检修，严重影响了装置安全平稳运行。为此，通过对原填料部件结构分析，找出泄漏原因，重新加工填料盒末端气缸密封面，重新设计了填料盒结构，改变了填料环组合方式，实际使用后大大降低了泄漏频率，确保了机组长周期运行。
2 填料密封结构及工作原理
2.1填料密封结构
填料部件的组成结构，如图1所示。填料环组安装在填料杯槽内，每个填料杯槽间采用O型圈密封的方式。组装结束后，通过螺栓将整个填料部件和气缸的轴侧连接，加之合适的预紧力既保证了填料环槽之间的密封，也保证了填料盒末端通过末端垫片与气缸的密封。根据需要，填料部件设置有润滑、冷却、保护气和漏气回收。
2.2填料环组工作原理
填料环组的组成与正常的安装顺序如图2所示，从高压侧到低压侧依次是，起减压作用的减压环；起密封作用的主密封环组；Z外侧的氮气密封环组，以阻止泄漏的氢气从排气孔泄漏到中间接筒。主密封环组由径向环和切向环组成，高压工况的主密封环通常还有阻流环，以保证切向环工作稳定性，防止高温、高压下发生变形。切向环主要作用是密封作用，径向环作用是减压与泄压的作用。工作原理如图3所示，当气体压力不存在时，弹簧力作用在填料环上，将环瓣围绕着活塞杆组合在一起。填料环组在杯槽中可以自由浮动，用来补偿活塞杆的径向跳动。密封环之间用销/孔结构固定相对位置（由图2可以看出），切向环的切口间隙被径向环覆盖，封闭了泄漏路径，气体从轴向间隙和径向间隙进入填料盒的杯槽内，气体压力使填料环分别与活塞杆表面及杯槽端面形成密封。
填料环组的组成与正常的安装顺序如图2所示，从高压侧到低压侧依次是，起减压作用的减压环；起密封作用的主密封环组；Z外侧的氮气密封环组，以阻止泄漏的氢气从排气孔泄漏到中间接筒。主密封环组由径向环和切向环组成，高压工况的主密封环通常还有阻流环，以保证切向环工作稳定性，防止高温、高压下发生变形。切向环主要作用是密封作用，径向环作用是减压与泄压的作用。工作原理如图3所示，当气体压力不存在时，弹簧力作用在填料环上，将环瓣围绕着活塞杆组合在一起。填料环组在杯槽中可以自由浮动，用来补偿活塞杆的径向跳动。密封环之间用销/孔结构固定相对位置（由图2可以看出），切向环的切口间隙被径向环覆盖，封闭了泄漏路径，气体从轴向间隙和径向间隙进入填料盒的杯槽内，气体压力使填料环分别与活塞杆表面及杯槽端面形成密封。
3 填料泄漏原因分析
3.1运行时的问题现象
（1）填料漏气温度、填料温度和隔离室放空管温度超过100℃；
（2）冷却水站水箱有气体排出，用可燃气体检测仪发现是氢气，水箱水位下降较快，需频繁补水。
3.2拆检情况
（1）气缸末端密封面存在明显加工刀痕；
（2）填料盒杯槽内有水；
（3）中间接筒有水残留；
（4）部分填料环组装反。
3.3泄漏原因分析
（1）气缸密封面有径向贯穿的加工刀痕（如图4所示），导致氢气通过该加工刀痕外漏。因一、二级工作压力较低，所以一、二级漏气温度较双三级低很多。
（2）如图5所示，杯槽之间O型圈别压溃，导致高压氢气反串至冷却水系统。气体大量泄漏时，连接冷却水的金属软管破裂，冷却水大量泄漏，导致水箱液位快速下降。拆检时杯槽内有存水，如图6所示。
（3）填料盒结构不合理，如图7所示，筒深超过400mm，填料杯槽安装困难，容易出现O型圈压偏以至螺栓紧固后出现压断的现象。此外，原填料盒的冷却水腔全部在杯槽外侧，离工作的填料环组较远，不能有效带走热量。
（1）填料漏气温度、填料温度和隔离室放空管温度超过100℃；
（2）冷却水站水箱有气体排出，用可燃气体检测仪发现是氢气，水箱水位下降较快，需频繁补水。
3.2拆检情况
（1）气缸末端密封面存在明显加工刀痕；
（2）填料盒杯槽内有水；
（3）中间接筒有水残留；
（4）部分填料环组装反。
3.3泄漏原因分析
（1）气缸密封面有径向贯穿的加工刀痕（如图4所示），导致氢气通过该加工刀痕外漏。因一、二级工作压力较低，所以一、二级漏气温度较双三级低很多。
（2）如图5所示，杯槽之间O型圈别压溃，导致高压氢气反串至冷却水系统。气体大量泄漏时，连接冷却水的金属软管破裂，冷却水大量泄漏，导致水箱液位快速下降。拆检时杯槽内有存水，如图6所示。
（3）填料盒结构不合理，如图7所示，筒深超过400mm，填料杯槽安装困难，容易出现O型圈压偏以至螺栓紧固后出现压断的现象。此外，原填料盒的冷却水腔全部在杯槽外侧，离工作的填料环组较远，不能有效带走热量。
4 解决方案
（1）机组解体，将各级气缸末端密封面进行机械加工修复，表面粗糙度要求为Ra1.6。修复前后的气缸密封面如图8所示。
（1）机组解体，将各级气缸末端密封面进行机械加工修复，表面粗糙度要求为Ra1.6。修复前后的气缸密封面如图8所示。
（2）加强检修质量把关，确保填料环组正确安装后，防止杯槽串动。活塞杆回装时，应重点防止活塞杆尾端专用工具对填料环组造成的磕碰损伤。
（3）对于7组主密封环组，靠近高压侧的3组使用PEEK材质，后4组采用TFE材质，以保证高压侧环组的强度。
（4）采用新型填料盒。改变了填料筒的形式，使杯槽的安装方便快捷，确保了杯槽间O型圈精确安装到位。同时，改进后的填料盒冷却水腔距离杯槽距离更近，改善了冷却效果。
（5）合理调整安装工序，填料盒安装后，在安装活塞杆之前连通填料冷却水试压，确保无水漏出后回装活塞杆，保证安装质量的同时提高了检修效率。
5 结语
新氢压缩机K101ABC是重油加氢装置的关键设备，通过修复机组气缸密封面，改变填料盒型式，改进填料环安装方法，加强填料环组安装质量的检查，解决了填料频繁泄漏的问题，大大降低了生产安全风险，减少了机组启停和维修的次数，不仅保证了安全稳定生产，同时大大降低了检修工作量。
参考文献：
[1]王福利.石油化工厂设备检修手册-压缩机组[M].北京：中国石化出版社，2012.
[2]郁永章.容积式压缩机技术手册[M].北京：机械工业出版社，2005.
（3）对于7组主密封环组，靠近高压侧的3组使用PEEK材质，后4组采用TFE材质，以保证高压侧环组的强度。
（4）采用新型填料盒。改变了填料筒的形式，使杯槽的安装方便快捷，确保了杯槽间O型圈精确安装到位。同时，改进后的填料盒冷却水腔距离杯槽距离更近，改善了冷却效果。
（5）合理调整安装工序，填料盒安装后，在安装活塞杆之前连通填料冷却水试压，确保无水漏出后回装活塞杆，保证安装质量的同时提高了检修效率。
5 结语
新氢压缩机K101ABC是重油加氢装置的关键设备，通过修复机组气缸密封面，改变填料盒型式，改进填料环安装方法，加强填料环组安装质量的检查，解决了填料频繁泄漏的问题，大大降低了生产安全风险，减少了机组启停和维修的次数，不仅保证了安全稳定生产，同时大大降低了检修工作量。
参考文献：
[1]王福利.石油化工厂设备检修手册-压缩机组[M].北京：中国石化出版社，2012.
[2]郁永章.容积式压缩机技术手册[M].北京：机械工业出版社，2005.
来源：《压缩机技术》