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新氫壓縮機填料泄漏原因分析及應對措施

發布時間:2019-06-29
周斌
(中石化安慶分公司)
  1 引言
  安慶800萬t/a煉化一體化項目200萬t/a重油加氫裝置新氫壓縮機,采用的是沈鼓設計制造的往復壓縮機,機型為4M80-30/18.5-195-玉-BX,工作介質為純氫。機組入口正常壓力1.75MPa,出口壓力19.3MPa,該機型在全國范圍內首次用于重油加氫裝置。自投產以來,新氫壓縮機填料泄漏頻繁,導致機組頻繁切換、檢修,嚴重影響了裝置安全平穩運行。為此,通過對原填料部件結構分析,找出泄漏原因,重新加工填料盒末端氣缸密封面,重新設計了填料盒結構,改變了填料環組合方式,實際使用后大大降低了泄漏頻率,確保了機組長周期運行。
  2 填料密封結構及工作原理
  2.1填料密封結構
  填料部件的組成結構,如圖1所示。填料環組安裝在填料杯槽內,每個填料杯槽間采用O型圈密封的方式。組裝結束后,通過螺栓將整個填料部件和氣缸的軸側連接,加之合適的預緊力既保證了填料環槽之間的密封,也保證了填料盒末端通過末端墊片與氣缸的密封。根據需要,填料部件設置有潤滑、冷卻、保護氣和漏氣回收。
  2.2填料環組工作原理
  填料環組的組成與正常的安裝順序如圖2所示,從高壓側到低壓側依次是,起減壓作用的減壓環;起密封作用的主密封環組;最外側的氮氣密封環組,以阻止泄漏的氫氣從排氣孔泄漏到中間接筒。主密封環組由徑向環和切向環組成,高壓工況的主密封環通常還有阻流環,以保證切向環工作穩定性,防止高溫、高壓下發生變形。切向環主要作用是密封作用,徑向環作用是減壓與泄壓的作用。工作原理如圖3所示,當氣體壓力不存在時,彈簧力作用在填料環上,將環瓣圍繞著活塞桿組合在一起。填料環組在杯槽中可以自由浮動,用來補償活塞桿的徑向跳動。密封環之間用銷/孔結構固定相對位置(由圖2可以看出),切向環的切口間隙被徑向環覆蓋,封閉了泄漏路徑,氣體從軸向間隙和徑向間隙進入填料盒的杯槽內,氣體壓力使填料環分別與活塞桿表面及杯槽端面形成密封。
  3 填料泄漏原因分析

  3.1運行時的問題現象
  (1)填料漏氣溫度、填料溫度和隔離室放空管溫度超過100℃;
  (2)冷卻水站水箱有氣體排出,用可燃氣體檢測儀發現是氫氣,水箱水位下降較快,需頻繁補水。
  3.2拆檢情況
  (1)氣缸末端密封面存在明顯加工刀痕;
  (2)填料盒杯槽內有水;
  (3)中間接筒有水殘留;
  (4)部分填料環組裝反。
  3.3泄漏原因分析
  (1)氣缸密封面有徑向貫穿的加工刀痕(如圖4所示),導致氫氣通過該加工刀痕外漏。因一、二級工作壓力較低,所以一、二級漏氣溫度較雙三級低很多。
  (2)如圖5所示,杯槽之間O型圈別壓潰,導致高壓氫氣反串至冷卻水系統。氣體大量泄漏時,連接冷卻水的金屬軟管破裂,冷卻水大量泄漏,導致水箱液位快速下降。拆檢時杯槽內有存水,如圖6所示。
  (3)填料盒結構不合理,如圖7所示,筒深超過400mm,填料杯槽安裝困難,容易出現O型圈壓偏以至螺栓緊固后出現壓斷的現象。此外,原填料盒的冷卻水腔全部在杯槽外側,離工作的填料環組較遠,不能有效帶走熱量。
  4 解決方案
  (1)機組解體,將各級氣缸末端密封面進行機械加工修復,表面粗糙度要求為Ra1.6。修復前后的氣缸密封面如圖8所示。
  (2)加強檢修質量把關,確保填料環組正確安裝后,防止杯槽串動。活塞桿回裝時,應重點防止活塞桿尾端專用工具對填料環組造成的磕碰損傷。
  (3)對于7組主密封環組,靠近高壓側的3組使用PEEK材質,后4組采用TFE材質,以保證高壓側環組的強度。
  (4)采用新型填料盒。改變了填料筒的形式,使杯槽的安裝方便快捷,確保了杯槽間O型圈精確安裝到位。同時,改進后的填料盒冷卻水腔距離杯槽距離更近,改善了冷卻效果。
  (5)合理調整安裝工序,填料盒安裝后,在安裝活塞桿之前連通填料冷卻水試壓,確保無水漏出后回裝活塞桿,保證安裝質量的同時提高了檢修效率。
  5 結語
  新氫壓縮機K101ABC是重油加氫裝置的關鍵設備,通過修復機組氣缸密封面,改變填料盒型式,改進填料環安裝方法,加強填料環組安裝質量的檢查,解決了填料頻繁泄漏的問題,大大降低了生產安全風險,減少了機組啟停和維修的次數,不僅保證了安全穩定生產,同時大大降低了檢修工作量。
  參考文獻:
  [1]王福利.石油化工廠設備檢修手冊-壓縮機組[M].北京:中國石化出版社,2012.
  [2]郁永章.容積式壓縮機技術手冊[M].北京:機械工業出版社,2005.
來源:《壓縮機技術》

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