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关于往复氢气压缩机气封间隙的分析

发布时间:2020-07-08
王雁云
(新疆独山子天利实业总公司苯乙烯厂)
  摘 要:介绍了往复压缩机在气封安装时,轴向、径向、开口间隙的控制及所遇问题的探讨总结,为装置处理同类问题提供了参考和借鉴经验。
  关键词:往复压缩机;气封间隙
  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≥2.3MPa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3h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0.1~0.2mm的偏差;外径比原装尺寸大2mm。
  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0.25~0.35mm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±0.05mm,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0.1~0.2mm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0.1mm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3~5mm,由于此次的径向环、切向环、阻流环外径比原装尺寸大2mm,导致径向间隙1mm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。
  参考文献:
  [1]郁永章.活塞式压缩机[M].西安:西安交通大学出版社,1972.
  [2]胡家顺.活塞式压缩机的CAD系统[J].机械设计与制造工程,2000.
来源:《压缩机技术》2018年1期
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