氮氫氣循環(huán)機填料改進總結

楊志民

（石家莊雙聯(lián)化工有限責任公司，河北 石家莊 050200）

石家莊雙聯(lián)化工（集團）有限責任公司是1965年建廠的小氮肥企業(yè)，經(jīng)過四十多年的改、擴建滾動發(fā)展，已由當初3000t合成氨發(fā)展到現(xiàn)在的13萬t合成氨（2.5萬t外購氨）、45萬t純堿的中型企業(yè)。

我公司合成氨工藝分1＃、2＃兩個系統(tǒng)，1＃系統(tǒng)10機；2＃系統(tǒng)10.5機，最大為12—13機。其中2＃系統(tǒng)配備一臺2D12—6／295—320循環(huán)機（1＃機），為常開設備，另有3臺舊式循環(huán)機作為備機，以作臨時使用，其意義在于1＃機停機檢修時，不至于2＃系統(tǒng)停車。

2D12—6／295—320型循環(huán)機，其結構形式為兩列對稱平衡往復活塞式、單級雙作用壓縮。每個氣缸兩頭各有一個填料箱密封。氣缸和填料部分按無油潤滑結構設計。

該設備的曲軸、十字頭傳動部位通過參照壓縮機相同部位的維修方法，完全可以達到長周期運轉(zhuǎn)的要求，但其密封部位的密封性在使用初期一直困擾我廠。因此對密封結構、材質(zhì)進行了深入分析、研究和改進，取得了較好的效果。

1 改造前狀況

改造前填料組件如圖1所示。填料盒的冷卻方式為氨冷，阻流環(huán)1（PEEK材質(zhì)，即聚醚醚酮）、徑向密封環(huán)2（材質(zhì)為四氟）、軸向密封環(huán)3（三瓣環(huán)，材質(zhì)為四氟，如圖2），以及填料盒前后迷宮環(huán)。

圖1 循環(huán)機填料組件

損壞的主要部位之一是徑向密封環(huán)2，該環(huán)為平開口的密封環(huán)，損壞部位在平開口的三角部位，該部位往往磨損殆盡。

損壞的主要部位之二是阻流環(huán)1，與活塞桿的接合面呈現(xiàn)龜裂狀，填料盒內(nèi)有較多聚醚醚酮粉末。且時有被四氟料填塞現(xiàn)象。

密封環(huán)3基本沒有磨損或損壞。

圖2 阻流環(huán)與密封環(huán)

圖3 密封環(huán)2受力示意圖

填料使用周期一般為1～3個月，每一組填料價格為2000元左右，該循環(huán)機共有4個填料箱，維修工作量較大，維修費用較高。

2 原因分析

1）徑向密封環(huán)2：密封環(huán)在填料盒內(nèi)均受到徑向的氣體壓力，受力如圖3，由于A點和B點的結合處是最薄弱之處，故受力后沿C處切面會有相向的位移趨勢，使得ABC交匯處緊緊的貼合在活塞桿上，最終被磨損。在被磨損的同時，局部產(chǎn)生較高溫度，導致四氟料融化。

2）融化的四氟料被塞滿在阻流環(huán)1與活塞桿之間，阻流環(huán)與活塞桿的間隙被破壞，局部與活塞桿直接摩擦，產(chǎn)生高溫，導致了阻流環(huán)的損壞，形成龜裂和粉末。

3）阻流環(huán)1和徑向密封環(huán)2損壞后，密封失效，大量氣體穿透填料，導致了端部密封的回氣管回氣不及，整個填料開始泄漏。

3 改造方法

經(jīng)過多次試驗，確定如下方法進行改造。

1）將填料盒中的徑向密封環(huán)2均改變?yōu)檎w環(huán)，型式與阻流環(huán)相同，材質(zhì)為聚醚醚酮或四氟均可，聚醚醚酮效果更好一點。在密封環(huán)均勻受力情況下，依靠密封環(huán)的整體性，支撐氣體產(chǎn)生的壓力，消除了薄弱點，整個密封環(huán)不會產(chǎn)生局部變形。該密封環(huán)的內(nèi)徑尺寸較為重要，由于活塞桿在使用一定時間后會有磨損，因此密封環(huán)內(nèi)徑要根據(jù)活塞桿的外徑進行刮研，從數(shù)據(jù)上說較活塞桿外徑大0.05～0.08mm，從實踐經(jīng)驗說，刮研后密封環(huán)在活塞桿上基本能自由落體或手指稍加用力即能下落。

2）阻流環(huán)1的材質(zhì)改變?yōu)殂~合金（一般稱黃銅），其內(nèi)徑較活塞桿外徑大0.3～0.5mm，因此該阻流環(huán)實際作用應該是填充填料盒和利于散熱。

3）安裝時阻流環(huán)1、徑向密封環(huán)2、軸向密封環(huán)3依次排列如圖1。安裝時壓緊相鄰兩個填料盒（不安裝橡膠密封圈的情況下），三環(huán)在填料盒內(nèi)的軸向總間隙不得小于0.2mm，可使用粗、細砂紙研磨軸向、徑向密封環(huán)側(cè)面的方法達到要求。用0.2mm的塞尺環(huán)向全部檢驗。

4）徑向密封環(huán)和軸向密封環(huán)之間的銷子去除，使兩密封環(huán)單獨自由作用，密封環(huán)3的三個切口的環(huán)向總間隙不小于1mm。

5）靠近曲軸箱側(cè)的兩個填料的密封環(huán)，受活塞桿帶出的少許機油的浸潤，密封效果更好，因此在氣缸端部的活塞桿上加滴機油，控制滴數(shù)為2～5滴／min。

4 改造效果

改造后使用效果很好，使用周期長達12～18個月，維修工人的工作量大幅降低。

其他說明：

在網(wǎng)絡論壇和相關書籍以及制造廠說明書中，阻流環(huán)是普遍認同的叫法，不同結構的兩個密封環(huán)一般也均稱為密封環(huán)。但從受力分析上看，兩個密封環(huán)的受力或作用是不同的，密封環(huán)2位于阻流環(huán)1和密封環(huán)3之間，直接受到氣體壓力的部位只是其內(nèi)、外徑端面，兩個側(cè)面被阻流環(huán)和密封環(huán)3密封，因此它主要起到的是密封來自外徑端面的氣體的作用。而密封環(huán)3是三瓣環(huán)，在彈簧力和外徑端面氣體壓力作用下內(nèi)徑端面與活塞桿直接接觸，主要起到密封軸向氣體的作用，因此個人認為兩個密封環(huán)因其主要作用不同可以稱為徑向密封環(huán)和軸向密封環(huán)。以上均使用了此名稱。

根據(jù)以上分析可以想象，一個填料盒內(nèi)只裝配一個徑向密封環(huán)和一個軸向密封環(huán)即可，阻流環(huán)可以舍棄，則可以減小單個填料盒的軸向尺寸，那么在整個填料箱中增加填料盒的數(shù)量，密封效果會更好。這一點已在我公司精煉工段銅液循環(huán)泵（出口壓力12.5MPa）上得到驗證。同時也說明使用此結構密封氣、液兩相均可。