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        新建裝置往復(fù)式循環(huán)氫壓縮機填料泄漏原因分析

        2015-11-19 10:31:55
        化工技術(shù)與開發(fā) 2015年9期
        關(guān)鍵詞:密封環(huán)漏氣活塞桿

        高 旭

        (中國石油廣西石化公司,廣西 欽州 535008)

        設(shè)備與自控

        新建裝置往復(fù)式循環(huán)氫壓縮機填料泄漏原因分析

        高 旭

        (中國石油廣西石化公司,廣西 欽州 535008)

        分析了某煉油廠制氫裝置循環(huán)氫壓縮機在開工后出現(xiàn)的填料泄漏原因,并結(jié)合往復(fù)式壓縮機在使用過程中常見的填料泄漏問題,提出了針對性的處理措施。

        往復(fù)式;壓縮機;填料;泄漏

        某煉油廠制氫裝置有2臺DW-3/(20-36.4)-X型循環(huán)氫壓縮機,要滿足制氫裝置原料脫硫需求,是確保制氫裝置安全平穩(wěn)運行的關(guān)鍵。

        1 問題發(fā)現(xiàn)及分析

        制氫裝置在開工后發(fā)現(xiàn)壓縮機廠房內(nèi)有氫氣泄漏,用便攜式氫氣報警儀檢測壓縮機機體附近,結(jié)果嚴(yán)重超標(biāo),初步判斷為存在泄漏。該處出現(xiàn)泄漏氫氣,一般常見的原因為:1)壓縮機緩沖罐及附屬管線連接法蘭、絲堵出現(xiàn)泄漏;2)附屬儀表接頭存在泄漏;3)壓縮機填料泄漏;4)壓縮機本體(氣缸端蓋)存在泄漏等。為了確認(rèn)泄漏位置,使用噴壺對各個可能泄漏的部位進行了氣密試驗,最終確認(rèn)為壓縮機的填料處存在泄漏。

        2 原因分析

        2.1 基本概況

        該循環(huán)氫壓縮機為二列一級無油潤滑,工作介質(zhì)為循環(huán)氫,進口壓力為2.20MPa,出口壓力為3.74MPa,額定流量為3480Nm3·h-1,額定功率為80.4kW。該壓縮機采用壓力填料(也稱氣缸填料)密封,是指裝在氣缸軸側(cè),防止氣缸內(nèi)氣體向外泄漏的部件,中間有活塞桿穿過。

        2.2 壓力填料構(gòu)成

        該壓縮機壓力填料由節(jié)流套、若干填料盒以及壓蓋組成。填料部件的高壓側(cè)(裝入氣缸中的一側(cè))是節(jié)流套,內(nèi)裝節(jié)流環(huán)。填料部件的低壓側(cè)(在中體隔室中的一側(cè))為壓蓋,與氣缸做的填料腔連接,壓緊每一組填料盒。每個填料盒內(nèi)裝一組填料,每組填料中有一組阻流環(huán)、徑向密封環(huán)和切向密封環(huán)(密封環(huán))。

        節(jié)流環(huán):一般與活塞桿為非緊密接觸,主要密封面是兩側(cè)端面和內(nèi)孔,裝在填料的第一組,起節(jié)流作用。

        徑向密封環(huán)(鎖閉環(huán))、切向密封環(huán)(密封環(huán)):填料中的主要密封零件之一,主要密封面是兩側(cè)斷面和內(nèi)孔,內(nèi)孔與活塞桿緊密接觸,磨損后在氣體力和彈簧力的作用下能自行補償。

        阻流環(huán):無油潤滑的徑向環(huán)和切向環(huán)通常都是用工程塑料制成,這種材料在高溫高壓的持續(xù)作用下會產(chǎn)生塑性變形,阻流環(huán)就是阻止這種塑性變形的產(chǎn)生。因工程上將這種塑性變形習(xí)慣稱作冷流,故稱作阻流環(huán)。

        2.3 密封原理

        以圖1為例,當(dāng)氣缸內(nèi)的高壓氣體通過活塞桿外圓的間隙漏過來時,經(jīng)過第一組填料是節(jié)流環(huán),節(jié)流環(huán)的兩側(cè)平面是經(jīng)過研磨的,內(nèi)圓有若干迷宮槽,外圓與節(jié)流套有一定的浮動空間,節(jié)流環(huán)在氣體壓力的作用下,靠緊下一組填料盒,阻止氣流從端面流向下一組填料。而在節(jié)流環(huán)與活塞桿的配合面上,因節(jié)流環(huán)上有若干迷宮槽,氣流經(jīng)過時產(chǎn)生了第一個壓降。在節(jié)流套后是若干填料盒,這樣,氣體每經(jīng)過一組填料就產(chǎn)生一個壓差,直到接近常壓,實現(xiàn)氣體的密封。

        圖1 填料密封原理示意圖

        填料密封作為一種動密封,隨著運行時間的推移,填料環(huán)會產(chǎn)生磨損,不可能達(dá)到完全密封。對壓縮危險性氣體或貴重氣體的機組,為減少工作介質(zhì)的外漏,提高機組的安全性,在填料的低壓側(cè)設(shè)置有緩沖氣體注入口和漏氣收集口,對于本機引入緩沖氣體為0.1MPa的氮氣,這樣,一部分緩沖氣體漏向漏氣收集口,另一部分漏向本體的隔離室并高點排空。

        2.4 泄漏原因

        為了查找可能的原因,先對停運的循環(huán)氫壓縮機填料進行拆卸檢查,隨后對具體情況和分析如下:

        1)首先復(fù)測并確認(rèn)填料密封環(huán)外形尺寸是否正常,有無擠壓變形現(xiàn)象:軸向厚度15.20mm,徑向高度13.90~14.00mm。填料盒放置密封環(huán)的杯槽深度15.62mm,填料軸向間隙在0.39~0.53mm設(shè)計范圍內(nèi)。

        2)檢查發(fā)現(xiàn)氣缸活塞有較多不明粉塵粘附,且氣缸內(nèi)有油現(xiàn)象,復(fù)測氣缸環(huán)尺寸:活塞環(huán)徑向厚度:9.30~9.40mm,設(shè)計值:9.50mm;支承環(huán)徑向厚度:7.10~7.20mm,設(shè)計值:7.20mm?;钊h(huán)、支承環(huán)磨損情況正常,不足以產(chǎn)生這么多粉塵,可能是氣體附帶粉塵或管線內(nèi)的粉塵(從填料環(huán)內(nèi)孔軸向拉痕可見)及部分環(huán)磨粉組成的。

        3)拆開填料,發(fā)現(xiàn)低壓第二組密封環(huán)、減壓環(huán)方向錯誤;

        4)密封環(huán)內(nèi)孔都有軸向拉痕,可能是新裝置管線內(nèi)含有細(xì)小顆粒粉塵雜質(zhì)造成。

        5)檢查填料盒充氮和漏氣回收管線,發(fā)現(xiàn)布置與常規(guī)設(shè)計有異。漏氣回收孔應(yīng)在高壓側(cè),充氮口應(yīng)在靠近法蘭側(cè)?,F(xiàn)場填料盒布置正好相反,使得本應(yīng)進入漏氣回收的氣體倒灌入氮氣管線。

        3 整改措施

        根據(jù)現(xiàn)場情況,我們現(xiàn)場調(diào)整了壓縮機填料盒接口位置,并對活塞環(huán)等進行了清理后重新安裝,重新開機,壓縮機工作正常,填料無泄漏。

        4 結(jié)論

        根據(jù)現(xiàn)場拆卸過程中所見的現(xiàn)象,對于往復(fù)式循環(huán)氫壓縮機需注意幾點事項:

        1)對于新安裝的壓縮機在試運行之前,應(yīng)檢查確認(rèn)填料盒充氮和漏氣回收管線布置是否正確,同時應(yīng)重點檢查壓縮機的填料安裝是否正確。

        2)項目設(shè)計階段,應(yīng)確認(rèn)氣體組分中是否含有微量的水,若不含水一般是按照濕性氣體選擇密封件材料的。對于無油潤滑壓縮機,氣體組分對密封件材料的選擇非常重要,即使壓縮氣體中僅有微量水汽,也必須列出。

        3)對于無油潤滑的壓縮機,建議每間隔6個月打開氣缸復(fù)測活塞與氣缸內(nèi)壁之間的間隙值,若小于0.50mm應(yīng)立即更換支承環(huán),以免發(fā)生嚴(yán)重的擦缸事故。

        [1] 趙克中.磁力驅(qū)動技術(shù)與設(shè)備[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

        [2] 汪霞倩,等.石油煉廠設(shè)備[M].北京:中國石化出版社,2001.

        [3] 王興亞.往復(fù)活塞式壓縮機的填料結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].流體機械,1998(3):17-20.

        Cause Analysis for Packing Leakage of Recycle Hydrogen Compressor

        GAO Xu
        (Guangxi Petrochemical Company, CNPC, Qinzhou 535008, China)

        TH 45

        B

        1671-9905(2015)09-0068-02

        2015-07-06

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