往复式压缩机填料泄漏分析及解决方案

赵双岩，张亚宝

（中国石油大庆石化公司化工一厂，黑龙江大庆163714）

C-2101/2A 氢气往复式压缩机是某化工厂加氢抽提联合二套装置的核心设备。该设备是德国NEUMAN&ESSER GROUP 生产的双缸双作用立式结构，型号为1+1TZS63。自1998 年投产一直运行稳定，近些年随着设备结构老化技术落后压缩机的填料泄漏频次逐渐增多（一般在3 至5 个月），泄漏量也逐渐增大。对压缩机填料结构实施改进后，极大地减少泄漏量，延长了压缩机的运行周期，从而降低了维护检修成本和劳动强度。

1 压缩机填料密封结构及原理

C-2101/2A 往复式氢压缩机双缸双作用立式结构，左列是补充气，右列是循环气，左右列填料结构及尺寸完全相同，密封结构见图1［1～3］。

图1 填料函密封结构

1 套密封填料函由9 组密封构成，除去高压侧节流环和低压侧泄漏密封环，其它7组密封环结构相同，A 组为节流环；B 组为主密封环（径向环、切向环、阻流环）；C 组为泄漏密封环（切向环），由高压侧至低压侧排列。其中节流环主要起到节流减压作用，阻滞压缩过程中高压气体对B组密封环的冲击，或是膨胀过程中填料函内气体快速膨胀流回到气缸。主密封环中的径向环和切向环起密封作用，阻流环用于防止高温高压下密封环产生变形失效。泄漏密封环主要防止缸内气体外漏。

其工作原理是高压侧气体从轴向间隙和径向间隙进入填料函的密封盒内，气体压力使密封环分别与活塞杆表面及密封盒端面形成密封。当气体压力不存在时，镯形小弹簧力作用在密封环上，将密封环瓣围绕着活塞杆箍紧组合在一起，径向环的切口间隙被切向环堵住封闭了泄漏路径，密封环之间用定位销孔固定相对位置［4］。

2 填料密封泄漏原因分析

2.1 故障现象

2018 年8 月至2019 年9 月共进行4 次检修，根据C-2101/2A 检修拆卸填料的情况发现2 次填料变形较大，2次因填料密封泄漏量增大拆卸检修。

2.2 原因分析

2.2.1 冷却系统问题填料函冷却系统堵塞会造成填料密封温度过高密封环变形密封失效，填料冷却水结垢也会导致填料函温度升高密封环变形或是磨损加快，C-2101/2A 冷却水是装置通过净化处理过的循环水，经其它设备冷却使用均没问题，在另外2台国产压缩机使用正常，拆卸排查内部冷却系统确有不畅因素存在，但不是主要原因。

2.2.2 填料密封环材质问题C-2101/2A 氢压机和国产的C-2101B 和C-2102B 压缩机同时使用“某压缩机气阀厂”填料，材质均为石墨填充四氟（PTFE），3 台压缩机工况相同没出现过相同的故障问题，和厂家技术人员沟通确认材质没问题。

2.2.3 填料密封安装间隙不符合标准填料密封的密封环组件在填料盒中的轴向间隙0.25～0.45 mm，轴向间隙过小压缩机工作状态时活塞杆和密封环摩擦温度升高造成密封环膨胀卡死或磨损加快，间隙过大压缩机工作时密封环随着活塞杆往复运动会浮动过大，造成端面密封失效。填料厂家重新核算间隙均符合要求［5］。

3 填料密封环技术改造

综合以上几点可以看出，填料密封泄漏量大的根本原因在于填料结构本身。改进结构增强填料密封环性势在必行。根据认真分析研究和参考，把B 组的7 组密封环（经向环、切向环、阻流环）中径向环和切向环进行改进，原设计和改进后的密封环结构见图2、3。

图2 原设计主密封环的结构

图3 改进后主密封环的结构

B 组密封环原设计的径向环，切向环、阻流环组合改为3 斜口密封环T、3 斜口密封环P 和阻流环。在高压状态下密封环T 和P 都能更好地起到轴向密封作用，并在密封环P平面上（高压侧）开设3 条导气槽。填料密封环在气缸侧被压缩时在气体力的作用下形成3个密封面，3斜口密封环T和P的2 端面形成密封，密封环T 和P 内径同时与活塞杆形成密封面，加强了原来1 个密封环的密封性，密封环T与阻流环端面密封，阻流环端面与密封盒端面形成密封面。气缸吸气时，气体通过密封环P的导气槽回流到气缸，密封盒内的气体压力逐渐下降，保证在下1个压缩过程中填料密封环的前后又建立起新的压差，使填料密封环形成3个密封面起到密封作用，有效解决了压缩机填料泄漏问题。

4 结束语

2019年9月更换填料密封后，装置运行一直稳定。由此而产生的直接经济效益：备件消耗及每次检修必须更换所有费用2.17×104元，每年按检修1次计算节约费用3×2.17=6.51×104元。另外，停工产生的直接损失和间接损失，将直接影响化工厂的经济效益，其次填料泄漏氢气给装置安全带来隐患，威胁到整个装置的平稳运行。