60万吨/年连续重整4M50氢增压机油封改造

       兰州石化公司炼油厂60万吨/年连续重整K202氢压机为四列对置平衡型往复式压缩机，型号为4M50-186/2.4-8.2-82/7.2-20-BX，由沈阳气体压缩机厂制造。该机组自1999年12月安装投用以来，由于油封设计等缺陷，造成机组开工以来油封泄漏严重（平均每天泄漏0.2t--0.4t），而且检修频繁，此，我们对油封的结构形式进行改造，采用改型骨架油封和T型密封槽结构，取得显著的效果。
       一、压缩机润滑方式及油封原理
       4M50型机组分别采用两个独立的系统完成对机组的润滑，一个系统是集中压力润滑，即由一台连续工作的油泵将润滑油分别注入到座瓦、连杆大、小头瓦、十字头销、十字头等运动部件的润滑点，再由曲轴箱返回油站；另一个系统是用压力较高的注油器来完成气缸和填料部位的注油。
       该机组运行参数如下：
       转速：300rpm
       功率：3200KW
       入口压力：0.26MPa
       出口压力：1.9MPa
       流量：19326m2/h
       4M50型机组采用中间接筒将气缸和曲轴箱连接到一起，接筒与曲轴箱连接侧设有安装油封组件的隔板（图1）

图1

       油封组件由壳体、压盖、刮油环和弹簧组成，每副油封有两组刮油环（如图2所示），

图2

       刮油环材质为ZCuSn10Pb锡青铜，它的作用是将活塞杆上粘附的由曲轴箱侧带来的润滑油刮掉，以防止油通过活塞杆带入气缸侧,刮油环刮下来的油仍流入曲轴箱 。刮油环通过中间接筒窗口装入，通过拉伸弹簧使刮油环内径紧贴于活塞杆，这样就对活塞杆产生不变的低接触压力以利刮油。
       二、使用现状及存在问题分析
       机组安装后调试过程中多次发生油封泄漏问题，制造厂技术服务人员对刮油环接触面、刮油环侧间隙等进行调整，都未能从根本上解决漏油问题。装置开工以来，三台机组都因油封漏油不能正常运行和完好备用，2000年2-11月份，维修人员多次对油封进行处理，检修后运行周期短或不能达到要求，特别是2000年5月份对K202/B检修，先后连续检查更换油封11副，试车7次，于是我们对该机组油封的结构及机组的运行状况作全面分析，认为造成油封频繁泄漏的原因主要有以下几个方面：
       1.该油封结构上存在不足，油封组件由两组刮油环组成，前面没有阻流环，这种结构对于中小型往复式压缩机来说效果较好，但是对于这种大型压缩机来看密封效果不是太好。该油封组件在设计时考虑支撑环、活塞环磨损后活塞杆下沉，油封座底孔与活塞杆配合间隙较大（轴经Ф110mm,壳体内孔Ф114mm），对沿轴向流来的润滑油没有阻流作用，同时，设计时考虑十字头体积较大、行程长，供油量相对较为充沛 ，这样使大量的润滑油在十字头的拍击下，以一定的压力流向油封，使油封可靠性降低，造成泄漏。
       2.机组纵向尺寸大，机组纵向长11米，由于设备制造加工精度和安装现场条件及机具的制约等原因，很难确保机组非常良好的装配精度，加之活塞行程长（有效行程400mm），机组运行中活塞杆跳动较大，影响刮油环刮油效果。
       3.支撑环磨损严重，机组活塞环、支撑环均采用填充聚四氟乙烯，由于缸体内壁表面光洁度及填充聚四氟乙烯本身质量问题，机组支撑环、活塞环从开工以来使用寿命不足一个小修周期，由于支撑环的磨损，造成活塞杆运行中跳动较大，影响刮油环刮油效果；
       4.配件质量不过关，刮油环材料为ZcuSn10Pb锡青铜，由厂家按标准件供应，由于四根活塞杆本身直径差异及机组一年多的运行，活塞杆直径相差更大，造成备件在检修中互换性差，要靠人工进行手工研磨，研磨过程中使用的假轴是按标准尺寸加工，造成刮油环与活塞杆接触不好；同时，在检修中我们也发现，直径Ф110mm刮油环由于加工、运输和存放的原因，刮油环平面度差，影响刮油环装配后与活塞杆的接触；造成泄漏。
       三、改造方案和内容
       查阅许多专业设计手册，从理论上分析，该结构是合理的，也是国内大多数往复式压缩机生产厂家所采用的一种结构，从现场观察的情况来看，该机组油封泄漏有两种情况；一是油在活塞杆的带动下飞溅式的泄漏；另一种情况是油沿着油封压盖呈细线状往外溢流。针对以上造成油封泄漏原因的分析及现场观察情况，我们认为要从以下两个方面的改进。
       1.在刮油环前增加一道阻流环，减轻油封压力；利用现有的油封组件，在靠曲轴箱侧加阻流环，采用改型的骨架油封，即将弹簧拆去，靠骨架油封唇型部位自身的过盈形成阻流环封（唇性部位自由状态内孔Ф109mm，轴经Ф110mm ），将大部分油刮去（图3）

图3

       我们知道骨架油封在往复运动的密封中，在线速度不大于4米/秒的工况下，一般不会发生翻边，而且使用寿命无明显差别，所以我们决定采用骨架油封，这样的结构即使支撑环、活塞环磨损，也不会磨损活塞杆；再对活塞活塞杆线速度进行计算：
       压缩机转速：300rpm    活塞最大行程：400 mm 

       计算公式：

       2.对刮油环压盖-1进行改造，使溢流状态的油能够流回到曲轴箱。我们在刮油环压盖-2（刮油环外侧）加三道Т型密封槽（图3），使刮油环刮油效果不佳时微漏的油将沿轴向溢留的润滑油通过Т型槽全部返回曲轴箱，这样就起到了双重密封的作用。
       四、改造效果
       通过以上对油封结构的改造，取得了良好的效果，自2000年11月份完成对K202/A、B、C三台油封改造以来，三台机组油封创出连续运行18个月无泄漏运行的佳绩，取得良好的经济效益。
       五、应用与推广
       兰州石化公司柴油加氢往复压缩机采用PETER.BROTHER 公司4D2+1型机，其油封填料选用贺尔碧格（HOERBIGER）锥形填料函，机组运行一年多后，由于活塞杆、缸套等磨损原因，油封泄漏严重。从国外购置标准配件并请贺尔碧格工程技术人员指导安装，运行周期短，2002年4月份，我们借鉴4M50油封改造的经验，对4D2+1机组循环段油封尝试改造，较为成功，改造后连续运行7个月，油封无泄漏。