无泄漏压缩机填料环的材料及形式的选用

刁品龙 侯超 庞岩卫 杨天鑫(沈阳远大压缩机股份有限公司,辽宁沈阳 110027)



无泄漏压缩机填料环的材料及形式的选用

刁品龙 侯超 庞岩卫 杨天鑫
(沈阳远大压缩机股份有限公司,辽宁沈阳 110027)

【摘 要】填料是非计划停机原因中仅次于气阀的第二大因素,填料环的可靠性是机组长期稳定运行的关键因素之一。同时,无泄漏压缩机对填料处的泄漏抑制的要求比普通的往复式压缩机的要求更高。本文综述了无泄漏压缩机填料环在迷宫机和普通往复机中的应用特点;简介了新型油封环的使用场合;以及针对检修的便捷性,对漏气回收流程的改进。

【关键词】迷宫密封环 无泄漏 填料函 填料环 漏气回收

无泄漏压缩机通常用于压缩对泄漏量的要求较严格的气体压缩，如冷剂压缩机、高纯度氮气压缩机等。以冷剂、混合冷剂压缩机为例，曾用于BOG再液化、LNG、合成焊割气体等装置。

冷剂、混合冷剂中的丙烷等烃类组分易溶于油，通过填料泄漏到机身油池后会使润滑油的闪点和粘度下降。本文对无泄漏压缩机填料环与普通填料环的异同加以探讨。

1 迷宫压缩机填料密封形式:迷宫环

许多无泄漏压缩机采用闭式迷宫压缩机的形式，迷宫压缩机的填料均采用迷宫密封环。迷宫密封是通过增加流体流动的局部动能损失来减少流体的泄漏量，其形式如图1。迷宫槽可以增加节流效果，它的密封性是由节流口数目确定的。在非接触式密封中，迷宫密封的节流口结构可大大减少间隙密封那种杆与填料环互相接触的危险。[1]

纯粹从热力学角度来看，迷宫流动是由节流截面上的等熵膨胀和空腔内的等压回热构成的。非接触密封必须产生一个极高的流阻，以保持很小的泄漏损失。密封间距若太大，则空腔内湍流动能小，摩擦损失的热能也少，密封性能差。[2]

迷宫环通常使用浸渍的石墨材料制造。对于常规的气体温度不大于200℃情况下的迷宫环，使用浸渍呋喃树脂材料的石墨环。气体由于涡流和碰撞，速动能转换成摩擦热，加之密封间距小、活塞在运行过程中会有细微倾角，导致长期运行中可能会有石墨粉进入漏气回收孔道。而且由于疲劳应力，或在安装、检修过程中穿过活塞杆，石墨环容易产生裂纹，因此目前的迷宫环普遍增设周向箍紧弹簧，如图1。机组维护过程中，需关注迷宫环是否完整，以及漏气回收通道的畅通。

在卧式压缩机中，迷宫环的密封间隙在活塞杆普遍存在下沉及跳动的情况下无法起到可靠的密封作用，所以迷宫环仅限于迷宫压缩机中使用。

2 常规卧式压缩机填料密封形式:组合密封环

如图1，常规卧式压缩机填料的密封结构同样适用于一般的卧式无泄漏压缩机，即包括漏气密封环组、主密封环组和节流环。其区别是，通常无泄漏压缩机整机不充保护气，漏气通过过滤、除油后返回工艺气入口，实现无泄漏；为加强密封效果，适当增加主密封环组数量。

有油润滑的填料，节流环可以采用锡青铜ZCuSn10Pb1。无油润滑的条件下为避免烧研，则选用聚醚醚酮PEEK。PEEK具有自润滑性，弹性远大于金属，耐温性、热稳定性好，线胀系数与金属接近，冷流性小。主密封环组则按照常规，均选用填充聚四氟乙烯材料，活塞杆径40mm以上的活塞式压缩机普遍使用接触式平面密封环。[3]

每组填料部件的各填料盒密封环，从理论上分析，其受力情况与活塞环相同，靠近气缸侧的填料环承受大部分的压差，所以寿命最短。当其密封能力逐步降低后，再由下一盒承受主要负荷。因此，漏气密封环在长时间内，两侧的压力差不足以使密封环与填料盒接触面良好贴合。针对这一点，一般卧式无泄漏压缩机的填料漏气密封环组可选用压力环(或称推力环)来提供轴向推力。压力环与迷宫环一样，采用浸渍树脂或金属的石墨材料，配合周向箍紧弹簧和轴向推力弹簧。

活塞杆采用表面陶瓷或碳化钨处理，平时运行时接触面温度在120℃以内，但机组运行初期，填料环与活塞杆在前期磨合阶段，或由于冷却液冷却效果不良、活塞下沉等原因，温度会偏高。浸渍树脂

或金属的石墨材料有着较好的自润滑性和导热性，即使在干摩擦时，也不易出现咬合现象。但石墨材料热胀系数比金属的大，磨合期数天甚至数周会对石墨造成影响，与迷宫环长期运行的结果一样，石墨粉可能会堵塞漏气回收孔道。

漏气回收孔道的堵塞会使本应被回收的漏气被迫返回填料盒，并进一步沿活塞杆流入接筒隔室。石墨粉会妨碍填料环的自由空隙，也会使填料环与填料盒研磨面的贴合性下降，从而加剧泄漏。

因此，浸渍石墨环产生的石墨粉会给业主检查和清理造成负担，不宜于压缩机的长期健康运行。

3 石墨粉堵塞的一条弥补思路:跨线吹扫

在最近的长岭和邯郸的冷剂压缩机设计时，针对石墨粉的问题，漏气回收系统流程中普遍增设了一条跨线，将整机开机吹扫管线上引出一条细管，与填料漏气回收管线相连。即将接筒隔室的吹扫管线与接筒外的漏气回收管线之间设置截止阀。这两根管线通常都位于接筒下方，距离较近，增设跨线比较容易，如图2。

这条跨线的操作方法是：开机前的吹扫时，将跨线阀打开，利用净化风将堵塞在漏气回收孔道中的石墨粉吹除。由于漏气回收管线通常较细，净化风的流向与机组运行时的漏气方向相反，这个办法对于石墨粉以及填充聚四氟乙烯等填料环的粉末、工艺气中的碳粉等堵塞孔道的粉末都是有效的。

通过这条跨线，可以省去日常小修维护时拆检填料的清通和组装的不必要劳动，避免反复拆装填料组件、填料环组引起易损件磕损、安装不正等不良影响。

4 新型填料密封形式:油封环

上海贺尔碧格公司研发出的XperSEAL系统，可称之为零泄漏活塞杆密封系统。其填料本身的密封部分由动密封环、缓冲腔、油封环和刮油环组成。该系统采用特殊结构的油封环理论上能实现填料的零泄漏，同时可以实现填料密封的状态监测。该系统能提高压缩机整体运行可靠性及降低长期运营的成本。

需要指出的是，这套系统采用液压油实现密封，填料盒中泄漏的液压油随杆径增大而增大。活塞杆表面状况及加工质量的提升并不会根本上解决液压油的泄漏。对于工艺流程对介质含油量有限制的机组，不适用该系统。

另外，该系统初期投资较大；易损件为厂家专用件，维护成本较高。因此，该系统于国内并没有广泛业绩。对于排气量大、介质昂贵、对泄漏量要求严苛的机组，可以综合考虑使用该系统。

参考文献:

[1]Karl Trutnovsky.非接触密封(间隙密封与迷宫密封的原理和应用)[M].北京:机械工业出版社,1986.

[2]徐灏.密封[M].北京:冶金工业出版社,1999.

[3]化学工业部化工机械研究院.活塞式压缩机的无油润滑[M].北京:化学工业出版社,1982.