新氢压缩机填料泄漏影响因素与改进研究

李铠名 魏鸿宇

摘要：随着我国经济的迅速发展，石油化工企業也不断增多，对加氢装置的要求越来越高。新氢压缩机作为加氢装置中关键核心的设备主要是对新氢进行加压，并输送到加氢反应系统中，为加氢反应提供氢气，对加氢反应有重要的作用。其运行的安全可靠性对保障整个装置的生产和工作效率有重要的意义。

关键词：新氢压缩机;填料泄漏;原因分析;改进措施

Abstract：with the rapid development of China's economy，petrochemical enterprises are also increasing，and the requirements for hydrogenation units are higher and higher.As the key equipment of hydrogenation unit，the new hydrogen compressor is mainly used to pressurize the new hydrogen and transport it to the hydrogenation reaction system，which provides hydrogen for the hydrogenation reaction and plays an important role in the hydrogenation reaction.The safety and reliability of its operation plays an important role in ensuring the production and working efficiency of the whole plant.

Key words：new hydrogen compressor;packing leakage;cause analysis;improvement measures

1、填料密封结构及工作原理

1.1填料密封结构

填料部件的组成结构。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。

1.2填料环组工作原理

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;最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。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，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。

2、新氢压缩机填料泄漏原因分析

新氢压缩机填料密封使用的是多组密封环布置，使高压气体逐级减少泄漏，从而保证填料密封的效果，其作用是密封气缸和活塞杆之间的间隙。新氢压缩机填料密封结构包括：阻流环、密封环、填料盒、冷却系统、漏气回收装置等。当新氢压缩机在工作时，高压气体从气缸放出，沿着密封环的径向切口进入填料环与填料环槽之间的侧隙，将背隙充满高压气体，并作用于填料环的背面，保证了填料环和活塞杆之间的密封。

2.1气体介质中含有杂质

在进入新氢压缩机气缸时，填料密封腔体内会沉积大量的沉积物。沉积物的产生是由于工艺介质夹杂带来的，主要是微细固体粉尘和结焦碳，具有较高的硬度，在填料密封腔处沉积会使密封填料产生严重的磨粒磨损，会严重降低活塞杆和填料密封环的使用寿命。

2.2填料密封盒冷却水流量偏小

在新氢压缩机使用过程中，填料密封部分会由于活塞杆和填料环之间剧烈的摩擦而生温，若摩擦产生的热量没有及时去除，会产生异常磨损。填料密封盒用水和缸套用水之间的方式是并联，填料密封处的管长且压降大，会导致填料密封处的冷却水流量较小，不能及时降温，会使填料密封性能降低，造成一定程度的泄漏，影响新氢压缩机的使用寿命。

2.3活塞环槽轴向磨损

活塞环槽轴向磨损，活塞杆的使用寿命和活塞环槽的磨损量有着密切的关系，由于活塞杆长时间处于上、下的往复运动中，活塞环槽会和活塞环不断的发生撞击，会使活塞环槽表面发生磨损，铝合金的机械强度会随着温度的升高而急剧降低，使得活塞环槽的磨损量会很大，造成填料泄漏现象。

2.4活塞杆和填料密封环之间摩擦过大

新氢压缩机中的活塞杆和填料密封环是相对运动的，填料密封环是通过抱紧活塞杆来实现对介质的密封作用的，弹簧和环径向之间的压差会产生抱紧力，使填料环能够抱紧活塞杆。弹簧的弹力越大，弹簧和环径向之间的抱紧力会越大，会使活塞杆和填料环之间的摩擦力变大，产生热量就会更多，会使填料环生温迅速，而且温度很高，会加大磨损;填料环常用填充聚四氟乙烯制成，具有较大的热膨胀系数，若在初期阶段摩擦产生的热量不消除，会使填料环热膨胀变形变大，而且由于填料环弹簧紧箍力很大，会造成摩擦力加大，磨损严重，这是恶性循环过程，在短时间内会产生严重磨损;当填料环和活塞杆之间的抱紧力变小时，摩擦力会减小，由于温度下降，会使填料环收缩，使填料环和活塞杆之间的缝隙变大，造成填料泄漏，导致填料环和活塞杆之间的密封失效。

3、新氢压缩机填料泄漏的改进措施

3.1保证介质纯度

在新氢压缩機的运行中，氢气是主要的工作介质，对氢气的纯度有着较高的要求，要对气缸中氢气进行定期采样化验，保证氢气的纯度，降低氢气源中含有的腐蚀性物质对填料的腐蚀，提高新氢压缩机的填料密封效果和使用寿命。通过对工艺的调整使压缩机各项参数能够达到设计的要求和生产的需求。在气体进入机组前，要将微细颗粒降到最小，并安装气固分离器，将固体颗粒和气体分离开来，有效避免气缸和填料摩擦面之间的磨损现象，保证新氢压缩机的工作效率和正常生产。

3.2保证冷却系统中冷却水流量

由于填料密封盒冷却水流量小，导致不能及时降低摩擦产生的热量，因此应适当增大循环水压力及流量，有效降低活塞杆与填料环摩擦产生的热量，将填料盒处的温度控制在60℃左右，这样能够减少新氢压缩机填料泄漏现象，有效延长压缩机的使用寿命，提高机组运行的稳定性。

3.3提高润滑效果

在新氢压缩机整体结构不变的情况下，定期的更换活塞密封环，调剂活塞密封环和缸体之间的缝隙，降低密封材料泄漏现象;或者在活塞环和填料环的制造中采用润滑性能好、耐磨性高的材料，能够降低摩擦力，减少磨损对活塞杆和填料环的影响;还有一种措施是适当降低弹簧紧箍力，并在填料环设计中加入间隙密封。

4、结束语

在新氢压缩机的使用过程中，压缩机活塞杆由于长时间的往复运动，进入气缸的氢气含有一定杂质、活塞杆组合密封环紧箍力过大、填料密封盒冷却水流量偏小等原因使得新氢压缩机填料密封效果较差，发生填料泄漏现象，严重影响机组安全稳定运行，甚至会发生安全事故，造成极大的危害。因此，要针对新氢压缩机填料泄漏现象原因进行分析，并采取相应的有效措施，减少填料泄漏现象，保证新氢压缩机的长周期的安全运行，并加强对压缩机的监测和管理，提高机组的工作效率，促进我国经济的快速发展。

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（作者单位：沈阳金博气体压缩机制造有限公司）