趙有龍 肖玉華 韋 濤

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司渤中FPSO作業(yè)公司 天津 300457）

燃?xì)鈮嚎s機(jī)填料密封失效分析

趙有龍 肖玉華 韋 濤

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司渤中FPSO作業(yè)公司 天津 300457）

本文主要講述天然氣壓縮機(jī)在進(jìn)行8000小時(shí)維修保養(yǎng)（年檢）時(shí)，在更換二級(jí)填料密封后啟動(dòng)試車運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)填料密封失效泄露的原因進(jìn)行分析和解決方法。

往復(fù)式壓縮機(jī)；填料密封；失效；安裝錯(cuò)誤

1 引言

明珠號(hào)天然氣壓縮機(jī)F-C-3102是由DRESSERRAND公司生產(chǎn)制造的往復(fù)式壓縮機(jī)。型號(hào)為15.0＋10.0×6B Vip-2。采用水平對(duì)置式，二級(jí)壓縮。工作介質(zhì)為天然氣，流量為3100-6300 m3/d，進(jìn)口壓力為338.7 kpa(34.6℃)，出口壓力為 2250 kpa（55℃），軸功率為 425 HP。其用途主要是對(duì)原油處理過程中產(chǎn)生的伴生天然氣經(jīng)過壓縮提壓后輸送至V-881/882天然氣儲(chǔ)罐，為燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組提供合格的燃料氣。壓縮機(jī)氣缸內(nèi)被壓縮的天然氣，會(huì)通過活塞桿穿出缸蓋的部位向外泄漏，填料密封就是用來阻止介質(zhì)泄漏的裝置，若填料密封失效發(fā)生天然氣泄漏，不僅降低生產(chǎn)率，當(dāng)天然氣達(dá)到一定的濃度會(huì)引起爆炸等嚴(yán)重事故。本壓縮機(jī)組在根據(jù)廠家的技術(shù)要求進(jìn)行8000小時(shí)維修保養(yǎng)時(shí)出現(xiàn)二級(jí)填料密封失效泄漏，導(dǎo)致曲軸箱呼吸口處有較高濃度的天然氣溢出。

2 填料密封的作用及原理

2.1 填料密封作用

填料密封是一種傳統(tǒng)式的接觸式密封，其主要作用是阻止氣缸內(nèi)高壓的介質(zhì)沿著活塞桿向外泄露的一種密封裝置。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，加工方便，便于維修與更換，被廣泛應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)設(shè)備、往復(fù)設(shè)備等。但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致功耗的損失，壽命較短，對(duì)活塞桿有一定的磨損，不適合用于軸徑向跳動(dòng)較大的場(chǎng)合。

2.2 填料密封的原理

填料密封一般由一組密封填料組成，由于軸的表面不是絕對(duì)的光滑，則軸表面就會(huì)與填料形成部分貼合，而另一部份則未接觸，從而形成若干個(gè)迷宮，達(dá)到迷宮效應(yīng)，通過軸表面的介質(zhì)經(jīng)過多次節(jié)流降壓實(shí)現(xiàn)密封。填料密封與軸的相互作用類似于滑動(dòng)軸承，應(yīng)具有良好的潤(rùn)滑性以保證填料的使用壽命。填料密封的結(jié)構(gòu)主要由填料盒、填料密封環(huán)組件、連接螺栓、法蘭及固定螺栓等組成。如圖1所示：

（1）密封環(huán)主要起到密封作用，本壓縮機(jī)組所采用的是雙作用密封環(huán)。所謂的雙作用密封環(huán)是由兩個(gè)切向環(huán)組合在一起，切口間隙相互覆蓋。氣體通過軸向間隙進(jìn)入填料杯槽內(nèi)，氣體壓力使兩個(gè)切向環(huán)作用于活塞桿表面及杯槽端面形成密封。如圖2所示：

圖1 填料密封結(jié)構(gòu)

圖2 雙作用密封環(huán)

（2）刮油環(huán)用以防止曲軸箱中的潤(rùn)滑油隨著活塞桿被帶出曲軸箱。

（3）減壓環(huán)通過阻流達(dá)到減壓的目的，降低由進(jìn)、排氣壓力波動(dòng)對(duì)填料環(huán)的沖擊負(fù)荷，過濾掉體積較大的固體狀或顆粒狀的雜質(zhì)進(jìn)入填料盒。減壓環(huán)只是減緩或“截?cái)唷睔怏w壓力的效應(yīng)，而并非完全封斷氣流。

（4）前端墊片的重要性僅次于填料環(huán)，起填料盒與氣缸之間的密封作用，為了確保在填料前端的墊片的密封性和確保填料底部接頭的完密性，填料法蘭上的緊固螺母一定要均勻擰緊。

3 密封失效原因查找及處理

3.1 填料密封的失效

導(dǎo)致填料密封失效的原因有很多，如下所述；

（1）潤(rùn)滑不良導(dǎo)致密封環(huán)與活塞桿干磨燒損；活塞桿表面加工精度不夠或是有損壞，導(dǎo)致密封環(huán)被損壞；

（2）密封環(huán)組合安裝順序或方向錯(cuò)位；

（3）密封環(huán)彈簧斷裂；

（4）填料盒各密封室之間配合不良，變形，腐蝕密封不嚴(yán)；

（5）填料盒前墊片損壞，受力不均造成泄漏；（6）填料環(huán)軸向間隙不正確（過大或過?。?；

（7）填料盒中心與活塞桿中心不重合，就會(huì)使填料、填料盒偏磨，導(dǎo)致過度發(fā)熱，磨損加劇。

3.2 密封失效查找分析

天然氣壓縮機(jī)的8000小時(shí)維修保養(yǎng)的主要工作是對(duì)氣閥的氣密性檢查維修，填料密封的檢查維修，氣缸的缸體、活塞、活塞活塞桿的磨損度檢查，曲軸箱的配合間隙的測(cè)量檢查，電機(jī)和壓縮機(jī)對(duì)中檢查。

維修保養(yǎng)后進(jìn)行啟動(dòng)測(cè)試運(yùn)行約半小時(shí)，發(fā)現(xiàn)在曲軸箱呼吸口處測(cè)量出天然氣濃度較高，立即停機(jī)檢查，進(jìn)行靜壓密封測(cè)試，發(fā)現(xiàn)二級(jí)氣缸填料密封處有氣體泄漏。于是采取下列方法對(duì)密封失效泄漏的原因進(jìn)行排查處理。

（1）活塞桿檢查

圖3 活塞桿徑向跳動(dòng)測(cè)量

活塞桿表面有輕微的摩擦痕跡。再次對(duì)活塞桿進(jìn)行徑向跳動(dòng)測(cè)量，跳動(dòng)值正常。判斷填料密封環(huán)與活塞桿應(yīng)有磨損。如圖3所示：

（2）潤(rùn)滑檢查

檢查注油器注油情況，注油壓力及注油量正常。拆下填料密封潤(rùn)滑油注入口和排放口，手動(dòng)盤車未發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑異常。

（3）填料密封拆卸檢查

檢查填料密封，活塞桿與填料盒法蘭盤之間環(huán)繞著活塞桿的間隙不均勻。將填料拆下檢查，發(fā)現(xiàn)填料密封前端的墊片擠壓面受力不均如圖4所示。檢查各個(gè)密封環(huán)彈簧完好，且安裝順序和方向均正確，測(cè)量裝配間隙均在正常范圍內(nèi)。但密封環(huán)有部分摩損的燒灼的痕跡。

圖4 填料盒末端墊環(huán)受力不均

（4）原因分析及處理

通過上述過程對(duì)密封失效原因分析后初步認(rèn)為是由于填料盒安裝方法和安裝位置不正確導(dǎo)致填料盒中心與活塞桿中心不重合，使填料、填料盒發(fā)生偏磨，導(dǎo)致過度發(fā)熱損壞。

維修過程中維修人員為方便活塞桿順利通過填料密封，預(yù)先將填料盒安裝在氣缸上，并將固定螺絲上緊后將活塞桿穿過填料密封，如圖5所示。但由于填料盒法蘭螺栓孔與固定螺栓存在一定的間隙，導(dǎo)致填料盒中心由于重力原因自然下沉未與活塞桿中線重合，安裝完成后沒有用塞尺檢查填料密封與活塞桿環(huán)繞間隙，并且四顆法蘭固定螺栓上緊時(shí)受力不均，從而出現(xiàn)了密封環(huán)和活塞桿有偏磨發(fā)生泄漏。

圖5 錯(cuò)誤的安裝方法

在糾正錯(cuò)誤的安裝方法后，重新更換新的密封環(huán)和前端墊片并對(duì)活塞桿進(jìn)行研磨修復(fù)安裝，用塞尺檢查活塞桿與填料法蘭之間的間隔確保此間隙在圍著活塞桿的各個(gè)方向上均相等后恢復(fù)機(jī)組啟動(dòng)測(cè)試。運(yùn)行約1小時(shí)后在曲軸箱呼吸口處仍有天然氣泄漏。

再次停機(jī)檢查進(jìn)行泄漏原因分析。打開填料盒檢查密封環(huán)和活塞桿未發(fā)現(xiàn)異常，但填料盒前端的墊片仍有受力不均現(xiàn)象。經(jīng)認(rèn)真分析認(rèn)為法蘭固定螺栓的受力不均，導(dǎo)致墊片壓偏密封不嚴(yán)，且填料盒有輕微的變形導(dǎo)致泄漏。更換扭矩扳手核對(duì)扭矩值時(shí)發(fā)現(xiàn)在維修時(shí)上緊的實(shí)際扭矩大于規(guī)定值，故判斷認(rèn)為是由于扭矩扳手出現(xiàn)故障，導(dǎo)致四顆固定螺栓的扭矩值不相同且扭矩大于要求值，使得填料盒之間的受力不均發(fā)生擠壓變形，填料盒內(nèi)部填料環(huán)的軸向間隙發(fā)生改變，造成前兩次維修填料密封失效。

重新研磨填料盒并更換前端墊片，采用正確的安裝方法重新安裝，用塞尺檢查活塞桿與填料盒環(huán)繞間隙均勻，使用合格的扭矩扳手均勻?qū)巧暇o四顆法蘭固定螺栓。機(jī)組恢復(fù)后啟動(dòng)測(cè)試運(yùn)行，壓縮機(jī)工作正常無泄漏。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述天然氣壓縮機(jī)在維修過程中出現(xiàn)的兩次填料密封失效泄露的主要原因是由于錯(cuò)誤的安裝方法和使用不合格工具導(dǎo)致。但根本原因是維修人員在維修初期只片面的考慮透平燃油模式下的經(jīng)濟(jì)性差，為節(jié)省燃油而加快進(jìn)度，沒有經(jīng)過認(rèn)真的原因分析就盲目進(jìn)行維修施工，即使在維修后暫時(shí)沒有發(fā)生密封的泄漏也會(huì)嚴(yán)重的影響密封的使用壽命。這樣的維修不僅造成了備件和工時(shí)浪費(fèi)，而且造成了更大的經(jīng)濟(jì)損失。

[1]陳華風(fēng)編著.淺談往復(fù)式壓縮機(jī)填料密封環(huán)工作原理

[2]呂紅旗編著.壓縮機(jī)設(shè)計(jì)適用手冊(cè)

[3]張偉編著.淺談氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)填料密封