1、2023 年 第 5 期 化学工程与装备 2023 年 5 月 Chemical Engineering&Equipment 167 氢气压缩机 MTV1-3 变速箱输入轴 密封泄漏原因分析与改造 氢气压缩机 MTV1-3 变速箱输入轴 密封泄漏原因分析与改造 殷瑞民（洛阳三隆安装检修有限公司，河南 洛阳 471012）摘 要：摘 要：某芳烃装置氢气压缩机 MTV1-3 变速箱输入轴密封长期泄漏润滑油，不符合石化企业大机组管理要求，并且污染环境。本文系统地介绍了密封泄漏的产生原因、作用机理，通过对密封改造，最终解决了泄漏问题。关键词：关键词：变速箱密封；泄漏；原因分析；改造 1 概 述 1 概
2、 述 某企业芳烃装置氢气压缩机组 MTV1-3 由驱动电机、变速箱、压缩机组成，驱动电机通过变速箱增速至压缩机额定转速，带动压缩机做功。变速箱为日本三菱重工生产，一级变速，输入转速 1480rpm，输出转速 12016rpm。氢气压缩机是芳烃装置的关键机组，自机组投入运行后，变速箱输入轴一直存在泄漏故障，不但污染现场环境，而且给大机组现场管理带来严重困扰。2 迷宫密封机理及压缩机变速箱输入轴密封结构 2 迷宫密封机理及压缩机变速箱输入轴密封结构 2.1 迷宫密封机理1 迷宫密封属于非接触式动密封，结构多，用途广。常见的密封结构有直通型迷宫密封、复合直通型迷宫密封、错列型迷宫密封、阶梯形迷宫密封
3、、蜂窝迷宫密封、还有多重型式组合在一起的组合式密封等。迷宫密封由一组环状的密封齿片组成，齿与转子间形成一组节流间隙与膨胀空腔。流体流经各个环形的齿顶间隙时，由于粘性摩擦产生节流效应，使流体流速减缓，泄漏量降低。达到密封作用（见图 1）。迷宫密封用作液体密封时，依靠密封室内产生漩涡造成压力损失和进入窄缝入口段压力损失来增大流动阻力，因此迷宫密封在高雷诺数下用作液体密封很有成效。迷宫密封用作气体密封时，工作介质多次通过密封室和曲折通道的收缩产生节流作用。在收缩窄缝中进行绝热膨胀过程，气体压力和温度下降。在相邻的梳齿间气体在密封室内降速，几乎在恒压下消耗动能，温度恢复到初始值。由于气流继续在收缩窄缝
4、和密封室中重复这一过程，使气体的残余速度越来越低，泄漏量非常小，起到了密封作用。迷宫密封的特点：（1）迷宫密封属于非接触密封，所以没有动静部件摩擦，不需要润滑，适用于高温、高压、高速工作环境，也适用于大尺寸密封条件。（2）迷宫密封由于没有动静部件摩擦，所以功耗少，维护简便，使用寿命长。（3）由于迷宫密封是间隙密封，所以相比于接触式密封，它的泄漏量较大。但是如果增加迷宫级数、采取隔离气等辅助密封手段，可把泄漏量减少，但是做到完全不泄漏是很困难的。在工业上，迷宫密封有着广泛的应用，在工业汽轮机、离心压缩机、鼓风机等旋转机械中作为级间密封和轴端密封，也可作为往复压缩机的活塞密封。2.2 压缩机变速箱
5、输入轴密封结构 氢气压缩机 MTV1-3 变速箱输入轴密封所密封介质为油气和润滑油，基本为常压状态，所以此处密封采用的是直通式迷宫密封结构（图 1），结构简单，加工、安装方便。介质侧 非介质侧 图 1 直通式迷宫密封示意图 图 1 直通式迷宫密封示意图 密封齿 密封室（腔）DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.05.025168 殷瑞民：氢气压缩机 MTV1-3 变速箱输入轴密封泄漏原因分析与改造 3 影响压缩机变速箱输入轴密封效果的原因分析 3 影响压缩机变速箱输入轴密封效果的原因分析 3.1 影响直通型迷宫密封性能的因素分析（1）密封齿数的影响。根据迷宫密封的密封机理得
6、出：当密封齿距为一固定数值时，随着密封齿数增多，泄漏量逐渐减少。当密封齿数为一固定数值时，密封齿间距变大，泄漏量也会大幅下降。（2）密封齿型的影响。密封齿形状不同，流体收缩效应就不同，具体反映在形状和大小两个方面，倒圆的密封齿面向流体时，收缩效应不大；尖棱的密封齿面向流体时，收缩效应大；倒棱的密封齿面向流体时，收缩效应居中。（3）齿宽与间隙比的影响。根据国内外所进行的实验得出，在较小的宽隙比下，流量系数上升到最高，到特定的宽隙比后流量系数随宽隙比的增大而减小。（4）密封材料和密封间隙的影响。迷宫密封材料主要根据密封的结构、工作温度和介质选择，原则上迷宫密封材料配对应该是一软一硬，以避免摩擦生热
7、或产生火花引起的烧损或爆炸。密封间隙应当根据密封结构、设备运行工况、密封材料性质决定，应当选取设计较小值。3.2 影响压缩机变速箱输入轴密封效果不佳的原因分析（1）为了使迷宫密封具有良好的密封效果，应根据设备实际结构选取合适的密封齿数，在一般密封结构中应不少于 6 个，一般为 7 个到 12 个。该变速箱输入轴迷宫密封齿为 8 个，根据现场设备结构实际情况，有位置和空间用以增大密封体尺寸，还可以增加密封齿数，改善迷宫密封的密封效果。（2）该变速箱输入轴迷宫密封齿为直平齿，流体收缩效应不大，在各种迷宫密封齿形中密封效果最差。（3）现场测的密封齿与轴径向间隙 0.45mm，按迷宫密封径向间隙公式：
8、S=0.2mm+（0.30.6）D/1000mm2 式中 S密封间隙，mm。D密封轴径，mm。该变速箱轴径为 150mm，按上式计算结果是：S=0.2450.29mm。所以，该密封间隙明显比标准要大很多，透气效应显著，降低了密封效果。（4）实际测得变速箱迷宫密封齿厚度为 1.2mm，不满足厚度小于 0.5mm 要求3。（5）实际测得变速箱迷宫密封齿间距 4mm，间距偏小，正常间距应为 59mm4。（6）该机组润滑油系统未设置排油烟设施，而是在变速箱上盖布置了油烟呼吸器来平衡润滑油系统运行后产生的油烟。后来，由于机组管理标准提高，把变速箱原呼吸器加长引到压缩机机房外部，这个措施增加了油烟排放阻力
9、，引起变速箱内部油气压力升高，进一步恶化了迷宫密封的泄漏。综上所述，影响变速箱迷宫密封实际密封效果主要有两方面因素，一是原密封结构存在诸多设计和加工缺陷；二是变速箱呼吸器结构改进使得泄漏情况进一步加重。4 变速箱迷宫密封改造 4 变速箱迷宫密封改造 针对原迷宫密封存在的缺陷，研究决定对其进行结构改造，重新设计更换新的密封体，新密封体整体采用硬铝材质，并对迷宫密封结构进行了以下几个方面的改进（图 2）：（1）根据变速箱设备结构实际情况，在新密封体上增加两个密封齿，由 8 个齿增加到 10 个齿，相应的增加两道密封腔室，密封齿间距由 4mm 增加到 5mm，新的密封体尺寸整体厚度增加了 25mm。
10、（2）密封齿形由直平齿改为刀形齿，并使尖棱背对变速箱内部，以增加流体收缩效应。加工的密封齿尖厚度保证在 0.3mm0.5mm 之间。（3）新密封体密封腔室回油孔直径由 3mm 扩大到 4mm，有利于回油顺畅。（4）在密封体从外侧第二道密封腔室上由外向里加工5mm 变速箱外侧 图 2 变速箱迷宫密封改造示意图 图 2 变速箱迷宫密封改造示意图 刀型密封齿 通隔离氮气 变速箱内侧 殷瑞民：氢气压缩机 MTV1-3 变速箱输入轴密封泄漏原因分析与改造 169 3mm 通气孔，从机组干气密封站引入氮气，氮气不但起到隔离密封气作用，而且还可以对油气进行冷却，用以增加密封效果。（5）迷宫密封齿与轴之间的径
11、向间隙控制在 0.26mm0.3mm，既要保证设备运行时动静部位不产生摩擦，也保证了密封效果。5 结 语 5 结 语 本文对某芳烃装置氢气压缩机 MTV1-3 变速箱输入轴密封泄漏原因进行了系统分析，找出了原迷宫密封所存在的缺陷，并提出了一系列改进措施。通过对密封结构进行改造，消除了原有缺陷，改善了密封效果。新迷宫密封安装投用后，消除了原设备密封泄漏故障，改造后运行效果良好。参考文献 参考文献 1 顾永泉.流体动密封M.东营:石油大学出版社,1996.2 王金刚.石化装备流体密封技术M.北京:中国石化出版社,2007.（上接第 162 页）_（上接第 162 页）_ （5）降低注水量或暂时中断
12、注水；冷低分、冷高分液位手动正常开度；（6）降低循环机转速，增加油汽停留时间；（7）降低热高分液位，增大轻重组分分离空间。3 结 论 3 结 论（1）渣油加氢催化剂失活主要是积炭和金属沉积所致，通过装填脱金属能力强的催化剂及优化级配方案改变装填密度，以保证装置能够长周期稳定良好运转。（2）控制进料杂质含量，严禁超标，生产中根据原料性质灵活调整操作温度，在保证产品合格的前提下，尽量使操作温度控制在下限，持久有效地发挥催化剂的活性，从而延长装置的运转周期。（3）开工过程中，注意提高掺渣比同时同步提高反应深度，根据催化剂性能选择性提高相应床层反应温度，避免高分中沥青质积聚造成高分油乳化。（4）乳化现
13、象可通过冷高分界位、液位、阀位和酸性水量等参数进行初步判断。参考文献 参考文献 1 李志强.重油转化21 世纪石油炼制技术的焦点J.炼油设计,1999,29(12):8-14.2 刘家明.渣油加氢工艺在我国的应用J.石油炼制与化工,1998,29(6):17-21.3 孙建怀,王敬东,周能冬.加氢裂化装置技术问答M.北京:中国石化出版社,2014:154 （上接第 174 页）_（上接第 174 页）_ 在单相反应器的情况下，这可以是基于产率的简单反应器,该模型的产量以及模拟模型的其他操作变量将分别根据每个操作点的测量值进行调整。4 结 论 4 结 论 本文以单一解决方案为基础展开提出多种解决方案，从过程控制策略、模型优化角度对精馏塔的优化提出了建议。通过本文，我们试图从灵敏度和多目标优化来改进当下精馏技术。参考文献 参考文献 1 刘奇波,耿伟.催化精馏技术在石油化工中的应用J,化工管理,2022(23):74-76.2 林号然.化工精馏高效节能技术开发及应用分析J.中国石油和化工标准与质量,2022,42(08):162-164.
