循環氫壓縮機填料密封泄漏的原因分析及改進
對某柴油加氫改質裝置循環氫壓縮機試車過程中出現的氣缸高壓填料密封泄漏問題進行分析，從填料密封材質和填料系統結構兩方面對氣缸高壓填料進行設計改進，如提高填料材質耐磨性和彈簧強度，增加注油口以保證填料潤滑均勻，法蘭增加O型圈以防止氣體從填料盒泄漏，改進水循環方式使冷卻效果更佳。該改進方案使機組高壓填料密封泄漏問題得以解決，為國內同類設備處理類似問題提供了參考。
循環氫壓縮機是加氫裝置的核心設備，主要為加氫反應提供反應氫氣和帶走反應熱。克拉瑪依石化公司120 萬噸/年柴油加氫改質裝置循環氫壓縮機試車過程中出現氣缸高壓填料頻繁泄漏，真空技術網(http://smsksx.com/)認為會對公司安全生產和操作人員人身安全構成巨大威脅。本文作者分析高壓填料泄漏原因，通過對該機組高壓填料進行多次改進和設計，解決氣缸高壓填料頻繁泄漏問題，保證了公司安全生產和設備長周期安全運行，取得了顯著的經濟效益和安全效益。
1、試運行中存在的問題
120 萬噸/年加氫改質裝置壓縮機為循環氫- 氫氣增壓聯合機組，共設2 臺，一開一備。壓縮機型號為MW-34.2 / (110-130) -20 /(13-22 ) -X，結構形式為固定水冷對置式四列一級少油潤滑往復式活塞壓縮機，其中三列為循環缸，一列為氫氣增壓缸。循環缸介質為循環氫( 含硫化氫) ，進氣壓力為11.0 MPa，排氣壓力為13.0 MPa，排量為190 000 Nm3 /h。電機型號為TAW2700-20 /2600W，功率為2 700 kW。該機組試車過程中填料泄漏突然加大，泄漏出來的循環氫( 含硫化氫) 嚴重時充滿了整個壓縮機房，機房內的可燃氣和硫化氫報警器頻繁報警，機房內硫化氫氣味較大；泄漏出來的氫氣和硫化氫從中體串入與之連接的儀表引壓管線內，現場存在很大的安全隱患； 填料泄漏量大，沖破了所有填料組件和中體內兩道氮封保護進入曲軸箱內，在曲軸箱呼吸閥處檢測可燃氣和硫化氫濃度超標，曲軸箱內存在爆炸的潛在隱患。
由于填料泄漏，2013 年1 月該機組一個月內頻繁切換和檢修次數達6 次以上，檢修和機組切換工作量很大，機組頻繁檢修，對生產造成嚴重影響。
2、循環氫壓縮機氣缸填料泄漏原因分析
該機組高壓填料組合配置如圖1 所示，從右至左分別為：1 組減壓環、9 組主密封環、2 組漏氣密封/氮氣保護環。
圖1 高壓填料安裝示意圖
通過多次對填料組合進行解體檢查發現：減壓環彈簧、主密封填料的阻流環彈簧均發生斷裂，如圖2所示；主密封填料的切向環磨損嚴重，如圖3 所示；填料盒內潤滑油偏少； 填料壽命只有1 - 2 個月。這表明現有填料材質和彈簧強度均滿足不了高壓下( 進氣壓力11. 0 MPa，排氣壓力13. 0 MPa) 的密封要求，需要提高填料材質的耐磨性，對填料彈簧強度進行升級改造。
圖2 主密封填料彈簧斷裂
圖3 主密封填料切向環嚴重磨損
通過分析，認為該填料系統設計存在以下問題：
(1) 壓縮機填料環彈簧力不夠，形不成初始狀態下環對活塞桿的有效密封，這可能是造成機組運行中填料泄漏突然加大的原因；
(2) 壓縮機填料環太薄，剛度不夠，達不到有效密封；
(3) 壓縮機填料環選材及加工不過關；
(4) 壓縮機填料盒和填料環分別由兩家提供，可能存在不匹配問題；
(5) 循環氫機組填料組數多，參照其他類似機組發現該機填料盒注油點少，填料潤滑效果差；
(6) 填料盒冷卻水距離活塞桿遠，冷卻效果差；
(7) 填料盒漏氣回收孔及排火炬管路細等設計存在不合理的地方。
3、氣缸填料系統的改造
針對該機組氣缸高壓填料密封存在的填料材質和彈簧強度均不能滿足要求的情況，重新設計了新填料環，并將INCONEL 彈簧更換為304 材料，提高其強度等級，但安裝使用后仍然泄漏嚴重。因此，決定對填料結構進行重新設計。首先，提高填料材料耐磨等級，采用HY101 耐磨材料代替HY509 材料； 第二，在結構上增加軸向推力彈簧，并將外圈彈簧力提高為原始彈簧力的2 倍； 第三， 對填料系統進行改造。具體改造方案為：
(1) 在填料盒內增加一注油點，從注油器上再引出一路注油管線，連通到中體填料盒，中體及填料盒上增加兩套接頭，如圖4 所示。這是因為該機組共設有11 組填料，多次檢修發現靠尾端的填料明顯潤滑不足，加劇了填料的磨損，因此通過增加一個注油口，盡可能地避免潤滑不均。
圖4 增加注油點相應配合示意圖
(2) 減少主密封環組數，由9 組減少至7 組。減少主密封環組數后，可進一步確保填料潤滑和冷卻效果更好。
(3) 法蘭加O 型圈，防止氣體從填料盒泄漏。
(4) 水循環采用近活塞桿的方式，冷卻效果更佳。
4、結束語
采用新的填料系統對120 萬噸/年加氫改質循環氫壓縮機進行改造后，循環氫壓縮機連續運行8 個月未發現填料明顯泄漏。加氫改質循環氫壓縮機高壓填料密封的改造成功，為解決相同類型的高壓填料密封泄漏的問題提供了參考。
