往复氢气压缩机气封间隙的分析

知识点：氢气压缩机间

1 引言

往复式活塞压缩机在装置内的作用至关重要，一旦出现故障停机短时间内不能修复的，往往会造成装置停工，因此配置都是一开一备；在日常管理上也按照关键机组进行重点维护；对经常出现的故障需做到预知性检修；现就我厂C9加氢装置的氢气压缩机K-8601A/B（型号DW-11.17/（23-30） -X，水平安装对置式）出现的气封安装间隙偏差而引起的故障进行分析和处理，同时简单介绍其密封机理、安装、运行、维护，以便保证装置的安、稳、长、优运行。

2 气封的结构、密封机理及各部间隙的作用

（1）气封填料是指装在气缸轴侧，防止气缸中的高压气体沿着活塞杆方向泄漏，是压缩机中最重要的零部件之一，也是压缩机最主要的外泄漏途径之一，同时也是压缩机的易损件之一；对于该压缩机的填料盒，从气缸侧来说第一盒是节流环，然后中间是主填料部分，每组主填料盒内是由径向环+切向环+阻流环组成，径向环和切向环之间有防转销，每个环的外圆有一拉伸弹簧将其箍住。该压缩机由8组填料盒组成，末级为压盖，与气缸座的填料腔联接，压紧每一组填料盒。结构见图1。

（2） 密封机理：如2图所示，当气缸内≥2.3 MPa高压氢气通过活塞杆外圆与填料间的间隙漏过来时，首先通过的是节流环，节流环内表面有若干迷宫槽，等同于迷宫密封目的是阻止气流从端面流向下一组主填料，此时气流经过时产生了第一个压降。在节流套后面的是若干个填料盒，从上一级填料漏过来的气体先经过的是径向环，径向环的内圆与活塞杆的配合间隙很小，但径向有开口，气流通过这些开口在填料盒内形成一个压力腔。径向环与切向环在此压力和弹簧力的共同作用下压紧在活塞杆上。填料盒、径向环、切向环的平面都经研磨，平面之间的间隙都非常小，高压气体在通过这些小间隙流到下一组填料时会产生较大的压差。这样，气体每经过一组填料就产生一个压差，直到接近常压，实现气体的密封。需要强调的是，气封密封是一种动密封，运行一定周期后，径向环和切向环就会产生径向磨损。因此一般不可能达到完全密封，在填料的低压侧设置漏气收集口，这样，高压气体在经过若干组填料的降压后，这里的压力就接近常压，剩余少量的漏气从这个接口引出到火炬。

（3）对于往复压缩机的填料密封而言，各部间隙的作用：

轴向间隙：轴向间隙太小，由于热胀容易造成密封环卡死，使密封过早失效，还损伤活塞杆，间隙过大，容易发生敲击声，使密封环破裂，也会使密封失效；在安装过程中一般这样控制密封环的间隙：底部按上限控制，外部按下限控制。

径向间隙：径向间隙太小，填充四氟环膨胀后卡死，导致径向间隙变小磨损加剧，安装时内经按上限。径向间隙过大，漏气量大起不到密封作用。

开口间隙：开口间隙的作用主要是起到填料磨损后的补偿。开口间隙太小起不到及时的补偿，造成密封失效泄漏；开口间隙太大，密封效果不好，造成泄漏超标。

3 气封填料故障现象

气封填料的轴向、径向、开口间隙对压缩机的密封和长周期运行起到关键的作用，因此在检修时对此间隙的复查和调整至关重要；（各间隙如图3所示）；该压缩机在检修后空载试运时，填料盒及活塞杆温度运行3 h后温度明显升高，最高至98℃，紧急停运后，发现活塞杆有拉毛损伤；立即组织人员拆除活塞杆及气封填料，拆检后发现活塞杆拉伤报废，气封填料磨损严重。

4 原因分析及处理办法

4.1 产品质量问题

此次购买的气封组件与原装气封组件的尺寸存在偏差，该压缩机气封填料由八组组成，每组径向环、切向环、阻流环的厚度不一致，在制造上存在0.1~0.2 mm的偏差；外径比原装尺寸大2 mm。

4.2 装配尺寸问题

4.2.1 轴向间隙

指每组径向环、切向环、阻流环安装在填料盒内后与填料盒端面的差值；标准值一般控制在0.25~0.35 mm之间，由于每片径向环、切向环、阻流环在制造中都会有偏差，偏差允许值为±0.05 mm，因此安装时需要进行调整，此次的径向环、切向环、阻流环的厚度制造上存在0.1~0.2 mm的偏差，在安装时仅仅是凭经验，即每组气封安装在填料函内能够活动自如即可，导致轴向间隙没有控制在范围内，此间隙小于0.1 mm时，在运行时由于填料函及活塞杆会发热，正常温度＜65℃，填料盒内的填料受热产生轻微轴向膨胀，此时若每片径向环、切向环、阻流环之间有颗粒杂质的存在，极易产生轴向间隙为负间隙，最终就会造成气封填料烧毁，活塞杆拉毛损坏。

4.2.2 径向间隙

指填料安装在活塞杆上外径值与填料盒内径的差值；标准值在3~5 mm，由于此次的径向环、切向环、阻流环外径比原装尺寸大2 mm，导致径向间隙1 mm左右，试运过程中，由于填料函及活塞杆会发热，填料盒内的填料受热产生径向膨胀，导致没有径向膨胀空间，加剧活塞杆与填料之间的摩擦，致使此处温度骤然升高。

4.3 处理方法

重新装配气封填料，更换新活塞杆。安装气封时，认真核对每组气封的尺寸，包括每个径向环、切向环、阻流环的厚度，自由状态的外径。

各环安装的顺序认真检查，径向切口要朝向高压侧，有标记朝向高压侧，每组径向环、切向环之间的防转销高度要小于槽深；填料盒安装要保证其每组的垂直度一直，拆卸安装时按记号施工，紧固要均匀彻底，每级填料盒间的密封胶圈要完好并涂抹黄油；与气封配合处的活塞杆要保证其表面的光洁度、复查其圆度、严禁出现表面有划伤现象；准确测量每组气封填料在气封盒内的径向间隙、轴向间隙，做到每一级的间隙都控制在指标范围内。

5 结论

自此次故障处理后，吸取了气封间隙的重要性，对于气封填料本身制造质量、加工误差及装配尺寸问题，今后都会引起高度的重视，认真复查数据与原始数据做对比，不放过任何细节，保证机组平稳运行。

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