往復(fù)式活塞壓縮機(jī)高壓段填料密封的改進(jìn)

郭士才　李　飛　劉　桂　李西銀

(安徽晉煤中能化工股份有限公司安徽臨泉236400)

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往復(fù)式活塞壓縮機(jī)高壓段填料密封的改進(jìn)

郭士才李飛劉桂李西銀

(安徽晉煤中能化工股份有限公司安徽臨泉236400)

1　存在的問題

近年來，安徽晉煤中能化工股份有限公司使用的4M50型壓縮機(jī)因高壓段填料密封效果不好，發(fā)生氫氮?dú)怏w泄漏，造成停機(jī)次數(shù)增多，六、七級填料平均使用壽命不足8個月；6M50型壓縮機(jī)高壓段填料使用壽命不到12個月。在多次檢修中，發(fā)現(xiàn)拆卸下的填料組件中阻流環(huán)、密封環(huán)靠近曲軸一側(cè)基本完好，而靠近高壓氣缸一側(cè)損壞相對嚴(yán)重。損壞情況基本類似，阻流環(huán)、密封圈拉簧斷裂，斷裂拉簧夾雜在密封部位，密封圈內(nèi)圈因發(fā)生“冷流”現(xiàn)象而出現(xiàn)翻邊，造成密封失效；阻流環(huán)損壞情況與密封環(huán)類似，呈現(xiàn)“內(nèi)差外好”現(xiàn)象，但是情況相對好一些。有時剛裝上的新填料組件在空運(yùn)轉(zhuǎn)磨合完畢后，加量運(yùn)行一段時間就出現(xiàn)氣體泄漏的情況，經(jīng)分析主要是由于填料的密封級數(shù)不夠。填料密封一般是七級，七級密封中的最后一組密封單元的漏氣量超出了填料漏氣回收系統(tǒng)的過氣量和前置密封環(huán)的密封能力，進(jìn)而造成氣體泄漏；另外，密封環(huán)直接面對高壓氣體，如果阻流環(huán)配合尺寸不當(dāng)，極易發(fā)生“冷流”現(xiàn)象。經(jīng)分析，高壓段填料氣體泄漏的主要原因是密封環(huán)發(fā)生“冷流”現(xiàn)象，造成密封失效。發(fā)生“冷流”現(xiàn)象的主要原因：①阻流環(huán)內(nèi)徑與活塞桿配合尺寸間隙過大；②阻流環(huán)、密封圈拉簧斷裂；③密封級數(shù)不足，密封效果有限；④密封環(huán)無導(dǎo)流氣槽，“死氣”(每個填料密封單元中的高壓氣體)存在量較大，影響密封效果；⑤冷卻水孔堵塞，造成冷卻效果差或喪失冷卻功能；⑥供油系統(tǒng)的故障檢修，造成斷油。

2　改進(jìn)措施

(1)通過提高加工精度，以解決阻流環(huán)內(nèi)徑與活塞桿配合尺寸間隙過大的問題；但考慮到阻流環(huán)一般為銅質(zhì)材料，高溫下材料的線脹系數(shù)較大；阻流環(huán)內(nèi)徑與活塞桿裝配時通過人工研磨，保證每一瓣阻流環(huán)與活塞桿的接觸面積≥75%，4M50型和6M50型壓縮機(jī)整體環(huán)與活塞桿配合間隙一般為0.2～0.3 mm。

(2)通過加粗拉簧直徑，以解決阻流環(huán)、密封環(huán)拉簧斷裂的問題。彈簧柱徑由Φ2.9 mm擴(kuò)大至Φ4.5 mm，以增加彈簧的彈性強(qiáng)度，避免彈簧疲勞斷裂。

(3)取消填料盒的軸向彈簧和墊環(huán)，縮短填料盒高度，將填料盒數(shù)量由7個增加至10個，以解決密封級數(shù)不足的問題。增加填料的密封單元，以提高密封效果，即壓縮每一個密封單元的填料盒的空間，減少密封單元的組成部分，取消填料盒中軸向彈簧和墊環(huán)部分。經(jīng)測量，原填料函的密封空間為486.5mm；原來7個填料盒改為10個填料盒后的密封空間為486.0 mm。

具體做法：用車床車薄填料盒的密封腔，每個密封單元取消原來的墊環(huán)和節(jié)流環(huán)，將原每個密封單元的節(jié)流環(huán)改為最靠前的2個密封單元為全部節(jié)流環(huán)空間，后8個密封單元內(nèi)只設(shè)置密封環(huán)和阻流環(huán)，將原有7個密封單元增加至10個，提高了密封效果。填料盒改進(jìn)前、后示意見圖1。

圖1　填料盒改進(jìn)前、后示意

(4)密封環(huán)開導(dǎo)氣槽，引“死氣”回流，減輕密封環(huán)壓力，改善密封條件。在每組填料的密封環(huán)上用圓銼削出圓槽，加大活塞在吸氣過程中的回氣量，減少“死氣”存在量，降低填料在活塞排氣過程中的密封負(fù)荷，從而提高填料的有效使用壽命。目前，也有部分壓縮機(jī)備件廠家已經(jīng)機(jī)械加工出更合格的導(dǎo)氣槽。

(5)改善冷卻水水質(zhì)，避免結(jié)垢；擴(kuò)大冷卻水孔孔徑、設(shè)置冷卻夾套，以增加換熱面積。將原先使用的循環(huán)冷卻水改為水質(zhì)較好的深井水后，提高了水質(zhì)清潔度，避免水質(zhì)結(jié)垢和產(chǎn)生沉淀物。經(jīng)測量計(jì)算，一組填料的所有水孔的換熱面積約為0.25 m2，冷卻水孔孔徑擴(kuò)大后，可以增加換熱面積，考慮到孔徑不能大于兩道O形圈環(huán)槽之間的相對距離，將孔徑由Φ8mm擴(kuò)至Φ12 mm，這樣整組填料的換熱面積增加至約0.37 m2，此措施不僅能顯著提高冷卻效果，而且實(shí)施方便，將填料盒在鉆床上擴(kuò)孔即可。

經(jīng)過使用，在擴(kuò)大了填料盒冷卻水孔孔徑和使用深井水后，壓縮機(jī)高壓段填料的溫度明顯降低；但在高溫天氣，特別是水網(wǎng)系統(tǒng)壓力低時，高壓段填料仍然會發(fā)生超溫現(xiàn)象，為此，對填料函進(jìn)行外淋水降溫，此措施沒有持久穩(wěn)定性，也不能做到防患于未然。為了能在炎熱的夏季保障壓縮機(jī)高壓段填料不超溫，在高壓段填料的填料盒外圍增設(shè)了1個自制的水夾套，即由1節(jié)Φ400 mm的管子對稱割開，焊好對稱的緊固筋板，預(yù)設(shè)好進(jìn)水口、出水口，加上密封墊裝在填料函上，接通冷卻水后就成為1個簡易的換熱器，降溫效果能達(dá)到5 ℃左右。

(6)增加注油點(diǎn)，消除供油系統(tǒng)故障對填料潤滑系統(tǒng)的影響。壓縮機(jī)高壓段填料有2個注油點(diǎn)，每個注油點(diǎn)各由1個注油器及油路單獨(dú)供油，每個注油單元的故障都會影響到填料的供油潤滑，改單注油器單油路供油為雙注油器雙油路并聯(lián)供油(如圖2所示)。在1個注油器線路發(fā)生故障時，不會導(dǎo)致填料注油點(diǎn)的斷油，給填料的潤滑系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的保障。

圖2　改進(jìn)后供油示意

3　改進(jìn)效果及效益分析

通過以上技改措施后，安徽晉煤中能化工股份有限公司的4M50型和6M50型壓縮機(jī)(共計(jì)10臺)高壓段(六段和七段)填料(16組)的有效使用壽命均已由原8個月延長至20個月以上。一般，單臺次壓縮機(jī)填料維修費(fèi)用2萬元，則年可節(jié)省維修費(fèi)用32萬元，加上每次更換高壓段填料及磨合填料平均需要占用20臺時，按折為合成氨產(chǎn)量0.94 t/(臺·時)計(jì)，綜合經(jīng)濟(jì)效益更大。

2016- 03- 22)