60萬噸/年連續重整4M50氫增壓機油封改造

       蘭州石化公司煉油廠60萬噸/年連續重整K202氫壓機為四列對置平衡型往復式壓縮機，型號為4M50-186/2.4-8.2-82/7.2-20-BX，由沈陽氣體壓縮機廠制造。該機組自1999年12月安裝投用以來，由于油封設計等缺陷，造成機組開工以來油封泄漏嚴重（平均每天泄漏0.2t--0.4t），而且檢修頻繁，此，我們對油封的結構形式進行改造，采用改型骨架油封和T型密封槽結構，取得顯著的效果。
       一、壓縮機潤滑方式及油封原理
       4M50型機組分別采用兩個獨立的系統完成對機組的潤滑，一個系統是集中壓力潤滑，即由一臺連續工作的油泵將潤滑油分別注入到座瓦、連桿大、小頭瓦、十字頭銷、十字頭等運動部件的潤滑點，再由曲軸箱返回油站；另一個系統是用壓力較高的注油器來完成氣缸和填料部位的注油。
       該機組運行參數如下：
       轉速：300rpm
       功率：3200KW
       入口壓力：0.26MPa
       出口壓力：1.9MPa
       流量：19326m2/h
       4M50型機組采用中間接筒將氣缸和曲軸箱連接到一起，接筒與曲軸箱連接側設有安裝油封組件的隔板（圖1）

圖1

       油封組件由殼體、壓蓋、刮油環和彈簧組成，每副油封有兩組刮油環（如圖2所示），

圖2

       刮油環材質為ZCuSn10Pb錫青銅，它的作用是將活塞桿上粘附的由曲軸箱側帶來的潤滑油刮掉，以防止油通過活塞桿帶入氣缸側,刮油環刮下來的油仍流入曲軸箱 。刮油環通過中間接筒窗口裝入，通過拉伸彈簧使刮油環內徑緊貼于活塞桿，這樣就對活塞桿產生不變的低接觸壓力以利刮油。
       二、使用現狀及存在問題分析
       機組安裝后調試過程中多次發生油封泄漏問題，制造廠技術服務人員對刮油環接觸面、刮油環側間隙等進行調整，都未能從根本上解決漏油問題。裝置開工以來，三臺機組都因油封漏油不能正常運行和完好備用，2000年2-11月份，維修人員多次對油封進行處理，檢修后運行周期短或不能達到要求，特別是2000年5月份對K202/B檢修，先后連續檢查更換油封11副，試車7次，于是我們對該機組油封的結構及機組的運行狀況作全面分析，認為造成油封頻繁泄漏的原因主要有以下幾個方面：
       1.該油封結構上存在不足，油封組件由兩組刮油環組成，前面沒有阻流環，這種結構對于中小型往復式壓縮機來說效果較好，但是對于這種大型壓縮機來看密封效果不是太好。該油封組件在設計時考慮支撐環、活塞環磨損后活塞桿下沉，油封座底孔與活塞桿配合間隙較大（軸經Ф110mm,殼體內孔Ф114mm），對沿軸向流來的潤滑油沒有阻流作用，同時，設計時考慮十字頭體積較大、行程長，供油量相對較為充沛 ，這樣使大量的潤滑油在十字頭的拍擊下，以一定的壓力流向油封，使油封可靠性降低，造成泄漏。
       2.機組縱向尺寸大，機組縱向長11米，由于設備制造加工精度和安裝現場條件及機具的制約等原因，很難確保機組非常良好的裝配精度，加之活塞行程長（有效行程400mm），機組運行中活塞桿跳動較大，影響刮油環刮油效果。
       3.支撐環磨損嚴重，機組活塞環、支撐環均采用填充聚四氟乙烯，由于缸體內壁表面光潔度及填充聚四氟乙烯本身質量問題，機組支撐環、活塞環從開工以來使用壽命不足一個小修周期，由于支撐環的磨損，造成活塞桿運行中跳動較大，影響刮油環刮油效果；
       4.配件質量不過關，刮油環材料為ZcuSn10Pb錫青銅，由廠家按標準件供應，由于四根活塞桿本身直徑差異及機組一年多的運行，活塞桿直徑相差更大，造成備件在檢修中互換性差，要靠人工進行手工研磨，研磨過程中使用的假軸是按標準尺寸加工，造成刮油環與活塞桿接觸不好；同時，在檢修中我們也發現，直徑Ф110mm刮油環由于加工、運輸和存放的原因，刮油環平面度差，影響刮油環裝配后與活塞桿的接觸；造成泄漏。
       三、改造方案和內容
       查閱許多專業設計手冊，從理論上分析，該結構是合理的，也是國內大多數往復式壓縮機生產廠家所采用的一種結構，從現場觀察的情況來看，該機組油封泄漏有兩種情況；一是油在活塞桿的帶動下飛濺式的泄漏；另一種情況是油沿著油封壓蓋呈細線狀往外溢流。針對以上造成油封泄漏原因的分析及現場觀察情況，我們認為要從以下兩個方面的改進。
       1.在刮油環前增加一道阻流環，減輕油封壓力；利用現有的油封組件，在靠曲軸箱側加阻流環，采用改型的骨架油封，即將彈簧拆去，靠骨架油封唇型部位自身的過盈形成阻流環封（唇性部位自由狀態內孔Ф109mm，軸經Ф110mm ），將大部分油刮去（圖3）

圖3

       我們知道骨架油封在往復運動的密封中，在線速度不大于4米/秒的工況下，一般不會發生翻邊，而且使用壽命無明顯差別，所以我們決定采用骨架油封，這樣的結構即使支撐環、活塞環磨損，也不會磨損活塞桿；再對活塞活塞桿線速度進行計算：
       壓縮機轉速：300rpm    活塞最大行程：400 mm 

       計算公式：

       2.對刮油環壓蓋-1進行改造，使溢流狀態的油能夠流回到曲軸箱。我們在刮油環壓蓋-2（刮油環外側）加三道Т型密封槽（圖3），使刮油環刮油效果不佳時微漏的油將沿軸向溢留的潤滑油通過Т型槽全部返回曲軸箱，這樣就起到了雙重密封的作用。
       四、改造效果
       通過以上對油封結構的改造，取得了良好的效果，自2000年11月份完成對K202/A、B、C三臺油封改造以來，三臺機組油封創出連續運行18個月無泄漏運行的佳績，取得良好的經濟效益。
       五、應用與推廣
       蘭州石化公司柴油加氫往復壓縮機采用PETER.BROTHER 公司4D2+1型機，其油封填料選用賀爾碧格（HOERBIGER）錐形填料函，機組運行一年多后，由于活塞桿、缸套等磨損原因，油封泄漏嚴重。從國外購置標準配件并請賀爾碧格工程技術人員指導安裝，運行周期短，2002年4月份，我們借鑒4M50油封改造的經驗，對4D2+1機組循環段油封嘗試改造，較為成功，改造后連續運行7個月，油封無泄漏。