循環(huán)氫壓縮機(jī)干氣密封故障原因分析

崔啟福 陶貴金 鄭重

摘要：某煉油廠加氫裂化裝置循環(huán)氫壓縮機(jī)進(jìn)行干氣密封組件更換后，發(fā)生密封失效，造成裝置停車。通過對干氣密封原理和安裝人員的技能進(jìn)行分析，查找到了故障原因，并采取了相應(yīng)的防范措施，保證了裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：循環(huán)氫壓縮機(jī)；干氣密封；軸套鎖緊螺母；防范措施

1.前言

某煉油廠蠟油加氫裂化裝置原設(shè)計(jì)加工量為100萬噸/年，后經(jīng)過擴(kuò)能改造，裝置加工能力提升至130萬噸/年。裝置反應(yīng)部分采用冷高分，爐后混氫流程；分餾部分采用脫丁烷塔除硫化氫，減壓塔出柴油方案。裝置的循環(huán)氫壓縮機(jī)為20世紀(jì)90年代美國A-C壓縮機(jī)廠產(chǎn)品，雙売體軸向剖分筒式結(jié)構(gòu)離心壓縮機(jī)，7級葉輪。循環(huán)氫壓縮機(jī)軸密封由于采用浮環(huán)式密封結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)相對復(fù)雜，耗油量大，裝置開停車過程中經(jīng)常因密封油系統(tǒng)波動造成密封磨損泄漏停機(jī)。基于以上原因，在2013年7月裝置停工檢修期間，由FLOWSERVE（福斯）公司負(fù)責(zé)對該機(jī)組進(jìn)行干氣密封改造。

2017年12月20日13時(shí)30分，循環(huán)氫壓縮機(jī)干氣密封系統(tǒng)的驅(qū)動端泄漏氣流量和壓力突然快速上漲，并很快超過聯(lián)鎖值，循環(huán)氫壓縮機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)，裝置緊急停車。

12月22日2時(shí)，某專業(yè)公司員工將福斯公司干氣密封組件安裝完畢。19時(shí)20分，啟動循環(huán)氫壓縮機(jī)。2018年1月8日，循環(huán)氫壓縮機(jī)干氣密封系統(tǒng)的驅(qū)動端和非驅(qū)動端泄漏氣流量和壓力有快速上漲趨勢。1月10日14時(shí)，裝置按檢修計(jì)劃停循環(huán)氫壓縮機(jī)。1月11日20時(shí)，福斯公司員工拆卸安裝密封組件工作完成。1月12日14時(shí)18分，啟動循環(huán)氫壓縮機(jī)，裝置運(yùn)行平穩(wěn)。

2.干氣密封的基本原理

2.1干氣密封的基本原理

干氣密封是一種非接觸式軸封，外形結(jié)構(gòu)上與機(jī)械密封相同，同樣由動環(huán)、靜環(huán)、彈簧、密封圈以及彈簧座和軸套等組成。如圖1和圖2所示，環(huán)密封面經(jīng)過研磨、拋光，并在動環(huán)上面加工有流體動壓槽。干氣密封旋轉(zhuǎn)環(huán)以一定的轉(zhuǎn)速（一般大于1000rpm）旋轉(zhuǎn)時(shí)，密封氣體被吸入動壓槽內(nèi)，由于密封堰的節(jié)流作用，進(jìn)入密封面的氣體被壓縮，壓力升高。在該氣體膜壓作用下，密封面被推開，與氣體靜壓力、彈簧力形成的閉合力達(dá)到平衡。此時(shí)，流動的氣體在兩個(gè)密封面間形成一層很薄的氣膜（3μm左右），氣膜厚度十分穩(wěn)定，并具有良好的氣膜剛度保證密封運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠。

2.1干氣密封的內(nèi)部氣體流程

如圖3所示，主密封氣進(jìn)入密封槽后大部分通過左側(cè)的迷宮密封流進(jìn)了壓縮機(jī)的平衡室，只有不到十分之一的氣體從右側(cè)通過動環(huán)和靜環(huán)之間的間隙泄漏到排氣室，與后一級密封泄漏過來的氮?dú)庖黄鹩膳懦隹谂湃セ鹁嫦到y(tǒng)。

二級密封氣（氮?dú)猓┡c主密封原理相同，進(jìn)入密封室后大部分氣體從左側(cè)的迷宮密封泄漏至左側(cè)的排氣室，與主密封氣泄漏出來的氣體一道從排口排至火炬線，很小部分的的二級密封氣從右側(cè)的二級密封動、靜環(huán)之間的間隙泄漏出進(jìn)入二級排氣室，與隔離氣泄漏過來的氮?dú)庖黄饛亩壟懦隹谂胖链髿狻?/p>

微正壓的隔離氣（氮?dú)猓母綦x腔注入，一部分向左通過迷宮密封流至二級密封排氣室，與二級密封泄漏出來的少量氮?dú)庖坏溃瑥呐懦隹谂胖链髿狻Ａ硪徊糠盅剌S向竄出，隨軸承處潤滑油呼吸口排至大氣中，以防止外側(cè)潤滑油系統(tǒng)的油串入密封系統(tǒng)。

3.干氣密封失效原因分析

3.1直接原因

循環(huán)氫壓縮機(jī)一級浮動密封圈異常磨損造成干氣密封失效，使驅(qū)動端和非驅(qū)動端泄漏氣流量和壓力快速上漲。

3.2間接原因

循環(huán)氫壓縮機(jī)原始設(shè)計(jì)采用浮環(huán)油膜密封，安裝時(shí)僅對配合軸頸的圓度和圓柱度有要求，對主軸各軸肩定位面的加工精度要求不高。而干氣密封要求軸肩定位面的端面跳動應(yīng)符合GB/T184-1996的3級精度要求，即精度要求為5μm；另外軸肩定位面偏窄，干氣密封在鎖緊螺母鎖死的情況下，造成密封軸套受力變形。

軸肩定位面端面跳動精度偏低，軸肩面偏窄，而安裝人員又對軸套鎖緊螺母施加了較大的預(yù)緊力，兩個(gè)因素的疊加造成密封軸套變形，直接導(dǎo)致動環(huán)端面與主軸旋轉(zhuǎn)軸線的垂直度超差。在機(jī)組高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)動環(huán)和靜環(huán)出現(xiàn)偏擺，推環(huán)隨靜環(huán)偏擺，同時(shí)帶動一級浮動密封圓快速蠕動；一級浮動密封圈在高壓氣體的作用下，緊緊貼合在推環(huán)外圓，加大了兩者之間的摩擦力，浮動密封圈加速磨損，最終導(dǎo)致干氣密封失效。

3.3管理原因

2016年7月，裝置檢修期間，對循環(huán)氫壓縮機(jī)干氣密封組件進(jìn)行了替換，某專業(yè)公司對干氣密封的產(chǎn)品質(zhì)量和安裝技術(shù)掌握有短板。

4.防范措施

4.1規(guī)范安裝技術(shù)

安裝時(shí)手動旋緊軸套鎖緊螺母，減小密封軸套壓緊力，避免軸套變形；利用容差帶和O形圈保證軸套與主軸的同心度和動環(huán)端面旋轉(zhuǎn)軸線的垂直度，滿足干氣密封的安裝技術(shù)要求。

4.2干氣密封組件替換

將某專業(yè)公司干氣密封改為由福斯公司修復(fù)的兩套干氣密封。

4.3加強(qiáng)學(xué)習(xí)校對

深入研究循環(huán)氫壓縮機(jī)干氣密封在設(shè)計(jì)和安裝方面存在的問題，利用循環(huán)氫壓縮機(jī)備用轉(zhuǎn)子，全面校核軸肩定位面端面跳動及其他形位公差精度是否符合干氣密封的安裝要求。

參考文獻(xiàn)

[1]郭威，循環(huán)氫壓縮機(jī)干氣密封改造故障分析，硅谷，2014年15期

作者簡介：崔啟福，男，1992年參加工作，2012年7月畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)，大專學(xué)歷。現(xiàn)任遼陽石化分公司煉油廠加氫一車間加氫裂化裝置值班長，中石油集團(tuán)公司技能專家，遼陽石化遼化公司煉油專業(yè)技能大師工作室主任。

（作者單位：遼陽石化公司）