2+1SVL320氢气压缩机气封泄漏原因分析及解决措施

陈 凯

（中国石油独山子石化分公司炼油厂，新疆独山子 833600）

1 引言

某厂某装置氢气压缩机设备型号为2+1SVL320，机组类型为往复活塞式H型水平对置平衡型压缩机，制造厂家为德国诺曼埃索公司，是该厂关键设备，该压缩机为2007年12月新建装置新安装机组，共安装2台。其新氢段为两缸两级压缩，循环氢段为两缸单级压缩，工艺编号为K-101A、B，该压缩机近年来出现新氢缸一、二级气封填料运行周期短故障，已经严重影响了装置的安全平稳运行，为此通过对原气封结构的分析，找出填料磨损的原因，重新设计了新型的填料密封盒，实际运用后效果明显，确保了机组的长周期运行。

2 故障现象

自2013年6月该压缩机运行至今，压缩机多次出现新氢缸一、二级气封填料泄漏超标故障，具体故障时间、故障现象、故障原因见表1：

从表1中可以看出该压缩机气封填料运行周期较短，大概为1个月左右，出现故障以后拆检气封进行检查，都会发现气封填料盒内有大量油泥，如图1所示；填料盒内填料密封环（斜三瓣）径向磨损严重，如图2所示；填料阻流环（直三瓣）径向只有轻微的磨损，在气封压盖端面与活塞杆配合部位有大量的油泥渗出，可以看出气封在实际运行中已经失去密封作用。

3 故障原因分析

3.1 气封填料盒结构

该压缩机新氢缸一、二级旧气封盒靠近缸头侧第一级密封是由一个减压环、一个密封环（斜三瓣）、一个阻流环（直三瓣）组成，剩下的各级气封填料则是由一个节流环、一个密封环（斜三瓣）、一个阻流环（直三瓣）组成，在靠近气封压盖端面密封主要是由2组氮封组成。从图3我们可以看到压缩机新氢缸一级气封在除去两组氮封以及第一级减压环的影响，实际起到密封作用的只有3级气封盒，同理新氢缸二级从图4中可以看到起到实际密封作用的只有4级气封盒，该压缩机新氢缸一、二级的出口压力分别为4.7 MPa、5.7 MPa，每次从拆检的情况来看主要是靠近缸头的第一级填料磨损是最严重的，其次往后依次类推，一旦第一级磨损失去密封作用，就会形成恶性循环，密封级数越少会减少气封的使用寿命，因此认为现场实际使用的旧气封盒级数太少，不能够满足实际使用要求，也是造成气封填料使用寿命短的要因。

3.2 气封填料冷却方式

该压缩机新氢缸一、二级气封盒的冷却方式如图5所示，冷却水进口是从气封压盖端面接头进入直接达到气封盒最低端，也就是最靠近缸头一级，然后通过第一级填料盒水槽，达到第二级，通过测量得知每级水槽圆周长度只占填料盒圆周的1/8，冷却面积较小，在实际运行过程中冷却效果不好。填料组件在实际运行过程中与活塞杆接触会磨损产生高温，一旦冷却效果不好，就会使得填料组件在填料盒内轴向间隙变小，现场实际安装间隙为0.45～0.50 mm，气封的运行工况如图6所示。

分析认为由于轴向间隙变小，进入填料函中的气体就不能及时排出，这样就会在填料函中聚集，由于填料函中只有斜三瓣起主要密封活塞杆作用，填料函中聚集的气体就会产生径向的抱紧力，使得斜三瓣径向不仅要承担弹簧的抱紧力还要额外承担气体的径向抱紧力，加速了斜三瓣的径向磨损，磨损的脏东西不能够及时排出，在进入到下一级就会影响下一级填料密封效果，这样就造成了恶性循环，降低了气封的实际使用寿命，因此旧气封盒冷却效果差是造成气封填料使用寿命短的要因。

表1 检修统计表

3.3 气封盒填料的润滑

从拆检该机组气封填料故障现象来看，都出现过如图7、图8的故障现象，填料组件中密封环（斜三瓣）磨损严重。因此分析认为润滑油在压缩机气封实际运行过程中起到润滑和降温的作用，润滑油量过多或过少都会影响气封填料组件的实际使用寿命，润滑油量过多气封填料组件受到油粘滞就会减少浮动，密封效果变差，从而造成气封泄漏；润滑油量过少，气封填料和活塞杆磨损就会加剧，产生的热量又不能及时的排出，就会造成恶性循环加速填料组件的磨损，从而造成气封泄漏。因此润滑油量的不固定是造成气封填料使用寿命短的要因。

图1 旧气封填料盒（磨损后）

图2 旧气封填料磨损

图3 新氢缸一级旧填料盒结构

3.4 活塞杆跳动

图4 新氢缸二级旧填料盒结构

图5 旧气封盒冷却方式

图6 气封的实际运行工况

活塞杆跳动值是反映一个机组是否运行平稳的主要评价指标，一般要求活塞杆跳动值不超过0.05～0.08 mm，主要原因为活塞杆跳动过大会带动机组缸头也会产生振动，气缸气封填料盒是固定在缸体上，由于振动必然会使活塞杆与填料盒配合的间隙变小，甚至会接触产生磨损；如图6所示，气封填料是通过弹簧抱紧在活塞杆上，随着活塞杆的振动变大，那么气封填料的密封贴合性能就会变差，造成气封泄漏，再加上接触产生磨损热量，必然会加剧气封的泄漏，因此实际安装活塞杆过程中必须控制好其跳动值，查询机组每次检修的测量记录，控制活塞杆的跳动值为0.06～0.08，满足使用要求，因此分析活塞杆跳动不是造成气封填料使用寿命短的要因。

4 解决措施

4.1 增加气封填料盒级数

图7 填料润滑油过多故障

图8 填料润滑油过少故障

从图9中可以看到，新改造的气封盒在除去第一级减压环的影响以及2组氮封的结构，实际起到密封作用有5级气封盒，增加级数的原因是因为该机组循环氢气封填料使用级数为6级，除去第一级减压环的影响，也同样是5级气封盒，循环氢缸的进出口压力分别为4.76 MPa、8.69 MPa，运行工况要比新氢缸要求严格一些，但是使用6级填料气封盒一直运行平稳，填料使用寿命在24个月以上，因此对新氢缸填料气封盒进行改造，同样使用6级气封盒。核实新氢一、二级缸安装填料盒部位的深度尺寸，满足改造条件，这样该机组4个缸都使用同类型的填料盒，零配件使用具有通用性，大大降低了维护成本。

4.2 重新设计气封填料盒改变冷却方式

由于旧气封盒的冷却方式在设计上不能够满足使用要求，主要缺点为冷却面积小，因此我们对气封盒进行了改造，将问题反馈至贺尔碧格厂家，重新设计气封盒。新气封盒如图10所示，冷却水首先进入到靠近气封盒端面这一级气封，通过气封盒里的水槽进入到下一级，水槽的周长为气封盒圆周的1/2，直到冷却水进入到第一级，也就是最靠近缸头侧这一级气封盒，然后从第一级到气封盒端面有个通孔，冷却水直接回流出来，通过对比这样的冷却面积是原先旧气封盒的4倍，冷却效果较好，降低了填料在实际运行过程中的磨损，延长了气封盒填料的使用寿命。

图9 新氢缸一、二级气封填料盒新结构

图10 新氢缸一、二级新气封填料盒冷却方式

4.3 填料部位润滑油使用的注意事项

测量该机组新氢缸一、二级填料注油量在过去实际运行过程中大概为10～20滴，现场关于润滑管理比较混乱，给的界限非常广泛，再加上人为的调整，因此不能保证填料在正常的润滑油范围内进行工作，通过此次的气封填料改造，因为使用了新厂家贺尔碧格的气封填料，和厂家技术人员进行沟通确定几个注意事项，同时也规定了气封填料在正常工作时的注油量，禁止人为的进行调整，如果有必要调整，也要调整到规定的范围值内。

（1）与贺尔碧格厂家进行沟通确定润滑油量，在新气封进行安装运行2天内，适当的调大注油量大概15～20滴/min，待机组运行平稳后调整正常润滑油量为8～10滴/min。

（2）每次更换新的注油器时都要对油管线的每一个接头部位进行润滑油量测定，直到填料润滑部位，和要求的注油量一致后再连接接头，定期对注油器进行维护清洗。

（3）新气封在安装到机组上时，及时使用油枪对气封内部进行润滑，确保活塞杆在初期安装及运行时，减少对填料的磨损。

（4）更换完新气封，打开机组盘车同时打开注油器，运行5～10 min后停机，使得机组在开机状态时气封不是处于干摩擦状态。

5 结语

通过对该压缩机气封填料盒的改造解决了压缩机新氢缸气封填料磨损的故障，自2015年10月份改造以来，运行至今没有在出现气封填料泄漏的状况，实现了设备长周期运行。文章中提到的故障分析及处理方法，希望能够给同类型往复压缩机的检修及故障分析提供借鉴。