曼型煤气柜活塞旋转及密封油泄漏问题分析及处理

马金龙，方 钊，刘 刚，崔化师，王利军，崔洪民

（北京首钢股份有限公司，河北迁安 064404）

1 概述

煤气柜在煤气系统中主要起到稳定煤气管网压力波动的作用，并持续稳定向用户供送气源。首钢股份公司的2 号15 万m³焦炉煤气柜为曼型煤气柜，直径53.629 m，底座面积2233 m2，侧板高度85.96 m，总高度90.797 m，气柜储气压力5.8～6.2 kPa。该气柜由柜底板、24 根H 型钢立柱及钢制侧板、密封系统、柜顶系统、活塞系统、电梯井和配套工艺管线组成。其中煤气柜的密封机构是由滑板、滑块、弹簧、套筒、帆布、木件、隔仓装置、悬挂装置、连通管和活塞内静止油箱等组成，密封机构和油水分离器是密封系统的主要部件，是日常检修维护的重点监控对象。

气柜运行状态数据由活塞上的密封系统各部分数据体现，活塞倾斜、活塞旋转、油泵启动次数等是主要运行指标。该气柜有效容积15万m³，此煤气柜在运行中密封油泄漏快，8 台油泵长期运行供油（单泵运行时间平均750 min/d），同时气柜运行中活塞旋转问题突出，严重影响到煤气柜的安全稳定运行。为避免因活塞油位快速下降，防回转装置失效造成气柜跑气事故发生，该气柜被迫退出运行进行检修处理。

2 气柜故障分析

2.1 煤气柜运行中活塞旋转

针对气柜活塞出现顺时针旋转问题，2016 年进行了检修，运行8 个月后防旋转滑块磨损减少10 mm，更换新滑块运行3个月时间里又磨损掉约8 mm，活塞旋转问题越来越严重。从导轮在立柱的运行轨迹来看，导轮运行中未在导轨中心位置上，80%的导轮均在轨道右侧行走，且导轮两侧面垂直度较差，垂直度偏差超出设计要求，使活塞运行时产生较大的水平切向力，导致活塞整体出现顺时针旋转。随着煤气柜运行时间的增长和轮面磨损的加剧，导致活塞旋转倾向愈发严重。

检修前，对气柜活塞全行程行走检查，活塞升至40 m 过程中旋转量较小，防回转装置与导轨轻微接触，导轮与轨道间存在一定间隙。40 m至54 m间活塞旋转量增大，防回转装置与导轨出现接触磨损情况，导轮与轨道接触紧密（无间隙）。从活塞整个行走过程分析，防回转装置基准位置与初始安装位置发生改变。活塞在40 m至54 m间旋转严重问题，说明此段气柜直径偏小，弹簧导轮补偿量达不到补偿要求，同时导轮垂直度存在偏差，当导轮与轨道的紧密接触后，产生较大的切向力，导致活塞出现旋转问题。

2.2 密封油泄漏原因分析

（1）密封滑板变形

煤气柜密封机构的滑板和壁板及立柱间设计有0.5 mm 间隙[1]，允许滑板在限定范围内偏移。将气柜密封油全部放出后，检查发现各滑板中部及两端均出现不同程度变形。这可能是由于活塞运行中旋转，造成滑板左右偏移，两端出现变形。由于滑板两端有角滑块作为活动支点，当滑板左右偏移量过大时，与壁板间隙超过设计值，从而致使密封油出现大面积泄漏。

（2）套筒弹簧失效

煤气柜密封机构的滑板与活塞间设有套筒弹簧，两两间成“八”字排布，在有限范围内确保滑板始终与气柜壁板紧密贴合。随着活塞的上下运行，压紧弹簧始终处于伸长、压缩的动态变化中。活塞出现严重旋转问题后，各套筒弹簧位置发生改变，套筒弹簧对滑板的支撑强度和弹簧力降低，导致滑板与壁板间贴合面间隙过大。而若弹簧伸长量过大，会脱离套筒而失效，使壁板与滑板间压紧力减小，从而增大间隙和渗油面积。

（3）立柱角滑块失效

曼式稀油密封气柜是多边形柜体，立柱位置设置了密封角滑块，二者之间设置耐油毛毡，实现活塞上下运动中对立柱的滑动和密封作用。本次气柜停运检查，发现角滑块毛毡大面积严重磨损，局部磨损脱落，个别角滑块磨损变形，其密封已经失效，导致密封油从角滑块部位泄漏严重。

3 处理及控制措施

3.1 对活塞旋转的处理及控制

通过对基础数据的测量，计算出24组气柜立柱与活塞导轮支架立柱之间的实际距离，以实际距离与平均距离的对比，基本可判断活塞偏移的方向及大致偏移量[2]。部分数据如表1 所列。通过数据可以看出4#-16#立柱数据小于平均数据，17#-3#立柱数据大于平均数据。4#-16#立柱数平均数据为-28 mm，17#-3#立柱平均数据28 mm。结合气柜立柱分布图，大致可判断活塞偏向西南28 mm。

表1 活塞中心和气柜中心距数据 mm

测量柜体结构各部数据参数，确定柜体导轮与回转滑块的偏差值[1]，从而确认活塞旋转的纠正数值，从数据表2 可以看出导轮顺时针平均偏移轨道中心27.45 mm。确认偏差问题原因后，在活塞着床过程中，利用顶风机将活塞升高200 mm 的高度，利用机械力逆时针旋转活塞调转28 mm，使80%以上的导轮回到立柱轨道面中心，之后重新定位回转装置位置。

表2 导轮偏离轨道数据 mm

气柜各部件位置按初始设计值进行修正后，相对位置基本固定完成，气柜活塞旋转问题的另一个影响因素就是导轮，其在运行中对旋转的控制起到至关重要作用。根据前期数据分析，导轮垂直度、导轮轮面均存在较大偏差。处理过程中更换调节21个弹簧导轮及27个固定导轮，严格控制导轮垂直度。导轮轮面形式由原平面导轮更换为弧面导轮，使得导轮在运行过程中能够确保垂直度，减少切向力和旋转力，同时调整了导轮直径，确保运行过程中间隙得到较好控制。在调试过程中，对48个导轮与立柱间隙进行动态调整（未调整配重，因为对倾斜度影响较小），确保对应导轮的受力均匀，有效控制活塞的倾斜度。

3.2 对密封油泄漏的处理及控制

滑板密封机构的变形、端部的磨损是导致密封油泄漏的根本原因。检修过程中对滑板及密封部件进行更换，滑板材质选用SPCC 冷轧板，每块滑板长度尺寸根据对应气柜壁板重新加工，端部与角滑块结合部位预留间隙控制在设计范围内，滑板角部滑块工作斜面同侧板间隙均≤0.5 mm，减少角接部位渗油量。安装就位后，首先调整活塞吊架轴向活动量控制在3～4 cm，在活塞产生旋转时吊架在横向上具有一定的弹性补偿量，避免脱落造成滑板中部受力不均。其次，滑板固定后调整支撑弹簧，各部弹簧的伸长量控制在弹簧长度115～118 mm，滑板与壁板间隙基本控制在0.5 mm 以内[1]。油槽封底帆布更换后，圆木帆布安装不低于滑板下沿，帆布平顺无褶皱、径向切向松紧度适当，帆布接头搭接按设计要求安装。气柜通气调试过程中通过微调导轮垫片来调整活塞倾斜量，升柜与降柜最大倾斜值均为60 mm。满足验收标准。测量数据见表3。

表3 气柜调试数据 mm

4 效果及总结

调试完成后，气柜运行中单台油泵运行时间由检修前750 min/d降至250 min/d，达到检修预期效果(8台泵累计运行时间小于2500 min/d[1])。滑板与气柜壁贴合良好，活塞密封机构运行平稳，活塞升降无顿挫感。滑板、弹簧、弹簧套筒运转过程中无异音、活塞无抖动或顿挫感，各部变形量达到设计要求。各导轮与气柜导轨板间隙适中，在活塞升降过程中，导轮旋转灵活，挤压变形量较小。活塞防回转装置滑块与立柱侧面总间隙小于4 mm,气柜检修后达到设计及使用要求。

首钢股份有限公司曼型煤气柜检修消除了故障并达到预期效果。总结经验如下：（1）停柜过程中将气柜着床位置按原始设计位置调控，确保活塞原始点位偏差得到较好控制；（2）在活塞中心和柜体中心调控过程中，按新建煤气柜施工的测量数据调整导轮与侧板间距，尽量控制两个中心点的偏差，减少间距误差导致的活塞受力不均，从而降低活塞旋转问题的发生[3]；（3）在调控导轮的过程中严格控制垂直度和导轨中心，减少切向力的产生和受力不均，有效消除旋转问题的根源；（4）另外，还应周期取样分析密封油（粘度对气柜密封影响较大），建议运行三年后对密封油每年做全指标化验分析。