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某公司正在使用的2D循環氫氣空壓機為對稱平衡型兩列雙缸一級復動活塞式壓縮機。在氫化反應制備氯硅烷生產中，它為整套系統運行提供氫氣循環，為流化床設備中流態化反應提供氣體動力，是整個裝置系統的關鍵運轉設備之一。但自從投入運行以來，經常出現潤滑油發黑、變質并伴有介質外湯的問題。更有甚者，由于壓縮機長期在惡劣的工況下運行，導致連桿大瓦、小瓦、主軸瓦等運轉部件異常磨損加劇，進而使曲軸、十字頭等磨損，既對設備造成損害又污染周圍環境。
設計結構及原因分析
經過對異常問題仔細分析，發現潤滑油變質及介質泄湯主要是因為機組填料密封失效，被壓縮介質從失效點漏出，并且沒有被及時排出系統，從而造成介質進入曲軸箱污染潤滑油。拆檢發現，機組填料密封環及活塞桿均磨損嚴重。
(1)設計結構
2D型循環氫氣空壓機活塞桿為貫穿式，每列氣缸均安裝有一組高壓密封填料函〔見圖一)，每組填料函由四組主密封及二組漏氣密封構成，主填料密封環由徑向密封環、切向密封環及節流環組成，它們從高壓側到低壓側依次排列;漏氣密封環由兩種不同規格的徑向密封環及切向密封組成，排列在導氣環外側。在端蓋處設有填料充氮口及填料排氣口，通入的氮氣與導氣環相連，以阻擋氣體的泄漏和帶走漏出的氣體，漏出的氣體通過填料排氣口排至回收系統，以保證設備及人身的安全。
(2)原因分析
①填料密封函結構設計問題，密封環數目設計偏少，不育逮到有效的密封作用，前端密封環損壞后即出現嚴重的泄湯現象;②密封環材質存在缺陷，密封性能不佳，機組運轉過程中由于密封環與活塞桿摩擦產生熱量，出現熱膨脹現象，便密封環失去了原有的浮動性，使用壽命短:③介質中含有一定雜質微粒，在氣缸中積聚后沿活塞桿進入密封圈內圈及密封圈之間密封面，使密封面之間的出現間隙，氣體直接從間隙處流出:④壓縮機氮氣吹掃、保護工藝出現問題，不能將泄漏的介質及時排進回收系統，導致介質進入曲軸箱。
改進措施
針對原填料密封裝置存在的問題，通過分析機組的結構特點、介質情況及運行參數，了解密封部件的實際運行狀態，對填料密封系統的結構進行改進，主要包括;增設減壓環、增加主密封環、改進漏氣密封環及改善機組氮氣吹掃、保護系統。
(1)為了降低高壓氣體對密封環的沖擊負荷，減小密封環承受壓力差，在靠近氣缸側增設一道減壓環。改進后的減壓環在靠近氣缸側表面開有卸壓摺，進一步改善了減壓效果;而減壓環內圈采用多齒的迷宮密封結構。一方面，特殊的結構設計減少了氣缸壓縮腔脈沖壓力對填料密封環的沖擊，同時減少減壓環與活塞桿的接觸面積，減少摩擦熱，限流效果顯著。另一方面，還可以過濾掉體積較大的固體或順粒狀物質以免進入填料盒。
(2)密封環主要用來密封徑向節流降壓后的氣體，在壓縮機設計中，填料密封設計是一個重要環節，填料如果設計欠缺，將會使泄漏系數增大，這部分設計的好壞，直接影響到密封效果和便用壽命。}D型循環氫氣空壓機由于自身填料結構設計缺陷，單純更換密封環很難有明顯效果，只有從結構本身進行改進。①改進后的填料密封裝置在原有結構形式的基礎上增加三組主密封環，主密封環采用徑向密封環、切向密封環、整體阻流環組合而成的高壓密封環組。考慮到密封增加后，會加劇密封環與活塞桿摩擦產生的熱量，降低密封便用壽命，同時填料函尺寸超出機體過長會造成懸臂效應，所以不宜過多增加主密封環數量。②由于增加了主密封環的數量，導氣環及漏氣密封環外移，為了盡量減小尺寸的變動，減少懸臂效應，將填料函端蓋開設氮氣通道后，取消導氣環的設計。③漏氣密封環采用徑向密封環、切向密封環、切向密封環組合而成的中、高壓密封環組結構設計，密封環材料選用具有多種填充物的聚四氟乙烯材料，同時，在徑向密封環與填料盒之間設有多個彈簧，借助彈簧力，增強軸向密封效果，在較低的壓力情況下也可以很好的密封。
(3)在生產中，由于壓縮機入口氣體中仍含有部分徽粒，隨著活塞桿的往復運動，細小的微粒被帶至氣缸填料，隨泄湯的氣體及磨損的密封環粉末很快將泄漏氣體排放管路堵塞，泄漏出的介質不能被及時排出系統，經填料沿活塞桿向外泄漏。為了解決這個問題，一方面，將氛氣管徑及漏氣排氣管徑適當增大并將機體氮氣接口擴大以增加氮氣流量，及時將泄漏的介質排出系統；另一方面，在氮氣進口管路上增設氮氣減壓閥和壓力表，對進入填料函的氮氣壓力和流量進行有效控制，做到在現場能夠及時調節。
改進效果
通過對循環氫氣空壓機填料密封函的改進，克服了此類氫氣空壓機存在的固有缺陷，并在實際使用過程中呈現出較大經濟效益。
(1)延長檢修周期，經過改進，填料密封環有效使用壽命顯著延長:檢修周期的延長，使得維修員工的勞動強度減少；
(2)節油效果明顯，由于泄漏量明顯減少并能及時排出系統，潤滑油受到介質污染的機率降低，更換周期相應延長；
(3)降低了檢修費用，由于介質泄漏的減少，壓縮機運行工況得到改善，運轉部件異常磨損的情況基本消除，使用壽命大大延長，減少了零部件的更換，僅此一項，每年可節約維修費用十余萬元;
(4)現場環境得到改善，由于通過填料泄湯的介質能有效的排出系統，減少了外漏，消除了可撬氣泄漏帶來的安全險患，提高了機組運行的安全可靠性。
結束語
根據壓縮機的檢修記錄，循環氫氣空壓機填料密封函經過改進后，機組整體運轉時間明顯延長，現場環境得到改善，消除了安全隱患口通過實踐證明，此項改進是成功的。
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作者:德耐爾@德耐爾空壓機 空壓機修訂日期：2012-02-01
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