高压氮气压缩机填料密封失效原因分析及改进
左志强，段小蒙，徐 民
（兖州煤业鄂尔多斯能化荣信化工有限公司，内蒙古 达拉特014300）
［摘 要］简介往复式高压氮气压缩机高压侧填料密封失效故障，分析其原因，通过改造填料函水冷结构和增强阻流环强度等措施，解决了填料密封失效的问题。
［关键词］ 高压氮气压缩机；填料密封失效；原因分析；改进措施
［中图分类号］ TH 457
［文献标志码］ B ［文章编号］ 1004-9932（2016）05-0048-02
我公司气化工段高压氮气系统采用的是往复式高压氮气压缩机（简称氮压机），型号为2D6－5－2－4/3－5－149－1，氮压机为两列四级压缩，一、二级正级差，三、四级倒级差，每级气缸均为单作用气缸，活塞最大线速度2.96 m/s，曲轴转速370 r/min，正常气量550 m3/h，吸气压力0.35～0.4 MPa，排气压力13.3～15.0 MPa。
1 故障描述
氮压机正常程序开机试车，当四级出口压力达到10.0 MPa左右时，四级密封填料突然瞬间喷气失效，伴随“放炮”声音，四级出口压力瞬间降至9.0 MPa；氮压机继续运行，当四级压力再次达到10.0 MPa时，仍然出现“放炮、泄压”现象，其四级出口压力无法达到设计工作压力。检查其循环水系统、润滑油系统、各级进气管线，均无异常；连续运行2 h，每次四级出口压力接近10.0 MPa时，高压段填料就会失效，于是决定停机检查。
2 原因分析
拆检氮压机三、四级气缸附件，抽出活塞杆，拆检四级气缸填料函，发现填料环切向环严重变形且内圈有毛边，阻流环内圈凸起，向曲轴箱侧鼓起，节流环、密封环则无异常。
检查工艺操作状况，介质参数、各级压缩比、温度及循环水压力、温度等均符合要求。
塞尺测量切向环、阻流环、密封环、节流环等轴向间隙，符合技术要求：△1：0.30～0.42 mm；△2：0.28～0.39 mm；△3：0.17～0.23 mm。
氮压机填料密封采用无油润滑，填料共8组，如图1。其中，从靠近曲轴箱侧开始分别为：辅助密封1组，切向环+切向环；主密封5组，阻流环+密封环；节流环2组。切向环与密封环材质采用聚四氟乙烯，阻流环与节流环材质是PEEK。
图1氮压机四级气缸填料函示意
辅助密封是由2个正切切口的环组合而成，属双向密封，承压0.2～0.4 MPa。主密封是由阻流环+密封环组合而成，阻流环为径向三瓣环，密封环为正切三瓣环，节流环为2个整体环，均属于常用密封组合。
从拆检时切向环、阻流环变形情况来看，本次填料密封失效事故的原因为：切向环与阻流环强度不足，当其承受压力升高到某一值时，瞬间发生形变而导致填料密封失效。
3 改进措施
3.1
第一次改进
取消辅助密封，改为阻流环+密封环；阻流环厚度由6 mm增至9 mm，将图1中填料函A~E的填料槽加深3 mm；增加1组主密封填料。
改进后，主密封由最初的5组变为7组，节流环2组未改动，密封共9组。开机运行，氮压机出口压力升至10.0 MPa，稳定运行30 min，未见异常；继续升压至正常工况13.0 MPa，稳定运行30 min，检测到靠近曲轴箱一侧的填料函及活塞杆温度偏高，达到100 ℃，且有持续上涨趋势；继续升压至设计压力15.0 MPa，填料密封工作正常，稳定运行30 min，降压至正常工况13.0 MPa，稳定运行2 h，活塞杆高温点达到135 ℃，活塞杆表面伴有发蓝、发黑，填料密封突然失效，伴随“放炮”声，氮压机出口压力降至12.5 MPa，随着活塞杆温度上涨，填料密封失效频率增加，氮压机出口压力逐步下降，再次决定停机检查。
3.2 第二次改进
更多内容详见《中氮肥》2016年第5期