離心壓縮機干氣密封故障原因分析與處理

趙啟輝

（神華寧夏煤業集團烯烴一分公司，寧夏 銀川 750411）

1 情況介紹

寧煤集團煤基烯烴項目是寧東化工基地規劃建設的重點項目，主要是由氣化裝置、四合一裝置、MTP裝置、聚丙烯裝置、動力站裝置和空分裝置等組成的，總占地面積192 hm2，項目總投資約180 億元。

丙烯壓縮機組為德國西門子公司生產的三段離心式壓縮機，低溫甲醇洗裝置與MTP置提供冷媒，是整個工藝流程中的核心關鍵設備。丙烯為易燃易爆介質，壓縮機采用Flowserve公司生產的單旋向螺旋槽串聯干氣密封作為該離心壓縮機的軸端密封，如圖1所示。

2 現場問題與排查

2014年1月14日23：10分，丙烯壓縮機組因蒸汽系統問題停車，經過約7 min時間機組轉速降至0 rpm，在此時壓縮機非驅動端干氣密封首級密封氣排放壓力PT5204參數（黃線a606PT5204C）顯示為10 kPa左右（圖2），主密封排放壓力PT5204觸發排放壓力低低聯鎖值，無法再次啟動壓縮機組。在二級密封進氣流量相同的條件下，非驅動干氣密封的一級排放壓力為0.01 MPa，與驅動端 0.203 MPa相差較多，當壓縮機停車時，驅動端干氣密封各參數顯示正常，此時一級排放的氣體成分主要為二級進氣。在保證驅動端和非驅動端干氣密封二級供氣流量均為25 kg/h，對干氣密封一級排放口進行確認，非驅動端干氣密封一級排放口基本無氣體排出、二級排放口氣體排放量約為驅動端干氣密封二級密封氣排放量的2倍。初步分析壓縮機非驅動端干氣密封已損壞。解體后發現，干氣密封主要密封部件損壞嚴重（圖3）。

圖1 干氣密封單級基本結構

圖2 丙烯壓縮機干氣密封參數趨勢

隨后對機組轉速趨勢再次詳細地進行檢查發現停車過程出現機組轉速 “降”“ 升”“降”3個過程，速度首次從2800 rpm降至0 rpm用時10 s、隨后機組轉速再次由0 rpm升到1300 rpm、隨后壓縮機組轉速再由1300 rpm緩慢地降到0 rpm。整個過程轉速從2800 rpm降至0 rpm、0 rpm升至1300 rpm、再從1300 rpm降至0 rpm合計用時7分2秒，同時壓縮機防喘振閥門均出現多次動作，分析機組在停車時出現倒轉。

3 螺旋槽干氣密封工作原理與密封損壞原因分析

螺旋槽干氣密封工作原理實際上是一種潤滑氣膜流體的動、靜環結合型非接觸式機械密封與氣體阻塞密封的有機結合。動環為表面精加工出螺旋槽并研磨、拋光處理，槽深2.5 μm～10 μm，螺旋槽的型線有對數螺旋線。

靜止狀態時，動靜環相對靜止，靜環在系統介質靜壓力和彈性元件彈力的合力作用下將靜環緊貼在動環上，該合力成為動靜環閉合力Fc。

在運行狀態時，在動環旋轉方向，清潔的氣體流經逐步收縮的螺旋槽 （圖5） ，在被壓縮的同時受密封堰的阻礙，氣體壓力逐漸升高將動靜環推開，稱為開啟力Fo （圖6），成為流體動壓力。

圖3 干氣密封解體零部件狀態

圖4 螺旋槽密封動環端面

圖5 螺旋槽干氣密封流體動壓示意圖

圖6 干氣密封動態受力圖

機組在一定轉速運行時，動靜環閉合力Fc與動靜環開啟力Fo之間達到平衡狀態，即Fo=Fc，在動靜環之間形成具有一定厚度和剛性的氣膜，實現穩定運行的非接觸式密封。

但丙烯壓縮機組停車過程存在倒轉現象，此時因動環對氣體泵效應無法形成，干氣密封動靜環開啟力Fo趨近于0，動環與靜環始終在動靜環閉合力Fc作用下處于閉合狀態，動靜環間缺少足夠剛度的氣膜，直接摩擦出現損壞，造成干氣密封泄漏。

4 處理措施

利用停車計劃對壓縮機出口止回閥進行維修，保證其在機組停車時不發生泄漏問題；將干氣密封動環密封槽形式由螺旋槽改為T型槽，保證機組在正反向轉動時動靜環之間均能形成穩定的氣膜，避免動靜環直接接觸磨損。改造后，機組運行至今再未出現過停車期間干氣密封損壞的情況。

5 結語

本次干氣密封動環密封槽改型徹底解決了壓縮機停車過程因倒轉造成機組干氣密封損壞的問題，保證機組長周期穩定運行，減少機組干氣密封故障的檢修次數，為裝置帶來巨大的經濟效益。