離心壓縮機干氣密封系統原理及泄漏原因分析

于學智

【摘 要】密封系統為串聯式雙端面干氣密封，由連續放置的兩組單端面干氣密封組成。經過濾的純凈合成氣作為主密封氣進入一級密封腔，其壓力比工藝氣體壓力高0.2-0.3MPa，起到阻隔作用，有少量密封氣會進入缸內，但其為純凈的合成氣，故不會產生污染。另一部分氣體經過兩級干氣密封之間的梳齒密封分為兩路，一部分作為一級泄漏（也稱一次泄漏）直接排至火炬系統，另一部分進入二級密封腔充當二級密封氣。然后再經梳齒密封由二級泄漏管道與隔離氣一起排出引至火炬系統。隔離氣（氮氣）起著最后一道密封作用，其壓力略高與二級密封氣，確保二級密封氣不會泄漏至大氣側。通過離心壓縮機合成氣泄漏事例，分析裝備干氣密封系統的離心壓縮機發生氣體泄漏情況，如干氣密封的一級泄漏氣和主密封氣通過中分面泄漏至軸承箱。

【關鍵詞】離心壓縮機；干氣密封；系統原理；泄漏；分析

1導言

隨著石油、化工行業的快速發展，低能耗、高效益、零污染、長周期的發展方向已成為石油化工行業的發展趨勢。大型壓縮機組是石化行業的關鍵設備，其密封性能的好壞決定裝置能否平穩安全運行。干氣密封以其低泄漏、經濟實用性好、密封壽命長和運行可靠等特點脫穎而出。干氣密封是一種新型的旋轉軸用非接觸密封，它是在氣體潤滑軸承的基礎上，由接觸型液膜機械密封改進而來。上世紀60年代末，約翰克蘭公司研制出首套干氣密封并應用于離心壓縮機。隨著密封行業以及流體動力學的快速發展，已經衍生出各種型式的干氣密封。目前，干氣密封已在石油、化工、冶金、航空等行業中廣泛使用。因此在本文之中，主要是對離心壓縮機干氣密封系統原理及泄漏原因進行了全面的分析研究，并且也是在這基礎之上提出了下文中的一些內容，希望能夠給予相同行業進行工作的人員提供出一定價值的參考。

2干氣密封工作原理

干氣密封是一種新型非接觸式密封，其利用流體動力學原理，通過開設在密封端面上的動壓槽來達到密封端面的非接觸運行。由旋彈簧、旋轉環、靜環、密封圈以及彈簧座和軸套組成。旋轉環密封面經過研磨、拋光處理，并在其上面加工出有特殊作用的流體動壓槽。干氣密封旋轉環旋轉時，將密封氣體吸入動壓槽內，沿著密封堰流動。在密封堰的節流作用下，氣體被壓縮，壓力升高，將密封面推開，在兩個密封面間形成一層很薄的氣膜。氣體動力學研究表明，當干氣密封兩端面的氣膜厚度在2-3微米時，氣體流動層最為穩定，因此，干氣密封氣膜厚度設計值選定在2-3微米。當氣體靜壓力、彈簧力形成的閉合力與氣膜反力相等時，氣膜厚度保持恒定，干氣密封穩定運轉。當外部存在干擾，氣膜厚度減小，而氣膜反向力增大，此時開啟力大于閉合力，在開啟力的作用下，密封面間隙增加，隨著密封間隙的增加，開啟力相應減小，直至開啟力與閉合力相等時，此時密封間隙恢復到正常值。若密封氣膜受外部干擾而厚度增大，此時氣膜反向力減小，閉合力大于開啟力，在閉合力的作用下，密封間隙減小，隨著密封間隙的減小，閉合力也相應減小，直至閉合力與開啟力相等時，密封面恢復至正常值。因此，只要保證在安裝時密封間隙處于設計范圍內，當外部干擾消失以后，密封系統就會恢復穩定。

3密封失效原因

一是干氣密封失效調取壓縮機前端干氣密封（聯軸器側）近半年的運行數據，從數據可以看出，例如某壓縮機前端干氣密封一級泄漏壓力自2011年12月起從原來的0.15MPa升高到0.2MPa，長達3個月一直波動異常，說明干氣密封出現問題。二是橡膠密封圈失效干氣密封的密封氣是合成氣，工藝介質為循環氣（包括合成氣、丙烯及醛氣），工藝介質對干氣密封系統的橡膠密封圈存在腐蝕，可能導致密封圈泄漏。三是殼體中分面密封失效如果壓縮機殼體中分面密封膠老化或失效，工藝介質會通過中分面進入軸承箱。由于干氣密封一級泄漏管道接口在此中分面附近，也可能出現合成氣通過中分面進入一級泄漏管線中，導致干氣密封一級泄漏壓力增大，因此必須要對其引起足夠的重視。

4泄漏情況分析

一是干氣密封的一級泄漏氣通過中分面連接處竄入軸承箱內，現象是軸承箱內帶有合成氣，現場情況即是軸承箱內帶有合成氣，故此種情況有可能。二是主密封氣（合成氣）通過中分面泄漏至軸承箱，說明中分面密封膠失效，現場實際檢修發現，接觸部位中分面有密封膠皮脫落，并且泄漏發生時軸承箱內帶有合成氣，故此種情況有可能。三是泄漏途徑。主密封氣（合成氣）通過干氣密封的一級密封后，至一級泄漏密封腔內，一部分排至火炬，另一部分一級泄漏氣通過與一級泄漏密封腔連接的壓縮機殼體大蓋中分面處，泄漏至軸承箱。另一泄漏途徑是主密封氣通過一級密封腔與壓縮機殼體大蓋中分面密封處，直接泄漏至軸承箱。四是失效原因。殼體中分面為剛性密封面，檢修時涂抹一層704密封膠，解體檢查中分面并沒有凹坑、劃痕等缺陷，可判定為密封膠失效。失效原因：首先密封膠質量不合格或貯存不當，或是超過有效期繼續使用，同時混用多個廠家密封膠。其次檢維修質量不嚴格，密封膠涂抹不均勻，密封膠固化時間不夠（要求12～24h），大蓋螺栓預緊力不均勻。最后操作工藝不穩定。生產切換頻繁，工藝參數調整，生產負荷變化或崗位操作不當。

5處理措施

更換前后兩套干氣密封；清潔殼體中分面表面，除去殘余膠皮、銹跡、灰塵和油污等雜質。選用同一廠家生產的同種規格704密封膠，檢查有效期。沿中分面用膩刀均勻涂抹密封膠，涂抹厚度約1mm。中分面內側約留3mm空白，防止密封膠擠壓后進入缸內?；匮b大蓋，使用力矩扳手對稱均勻擰緊螺栓至規定的預緊力。壓縮機殼體回裝完畢，隨后等待24h使中分面密封膠完全固化。油系統調試及運行正常后，進行干氣密封測試、系統充壓各密封點進行氣密試驗。

6經驗與教訓

一是做好設備預知維修。針對干氣密封的使用壽命，提前做好監測、評價和檢修更換工作，避免等干氣密封出現故障時再進行事后維修的被動。廠原計劃裝置停工檢修時對壓縮機進行大修，如果上一年大檢修時對設備進行強制檢修，應該不會發生此次泄漏。二是注重檢修質量控制。按照壓縮機殼體大蓋所用的704密封膠使用規范，注意密封膠的規格型號和產品性能，嚴格控制使用有效期、實際涂抹厚度、固化時間等指標。按照壓縮機安裝要求，使用力矩扳手按照緊固順序對稱均衡把緊螺栓至規定的預緊力，保證受力均勻且緊固到位。三是健全機組特護制度。完善細化壓縮機大機組特護制度和重點設備狀態監測制度，提高故障分析判斷和及時搶修能力。當發現前機封泄漏壓力有波動時，未引起重視，拖到停工大檢修時再解體檢修，沒有做出合理、準確的運行評估報告。四是盡管此次只是合成氣泄漏，未發生工藝介質泄漏，但應汲取教訓，深刻反思對大機組管理機制和檢修質量控制力度，全面了解干氣密封系統可能發生氣體泄漏的各種情況，有效提高壓縮機氣體泄漏故障的分析判斷和及時準確解決能力。

7結論

總之，通過干氣密封系統工作原理的介紹，并在此基礎上對引起干氣密封泄漏的原因進行分析，找出了富氣壓縮機干氣密封主密封氣泄漏量變大的主要原因，并提出解決方案，避免了因干氣密封泄漏而造成裝置非計劃停車。

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（作者單位：沈陽鼓風機集團股份有限公司）