離心式壓縮機潤滑與密封技術的探究

龔麒（南京誠志清潔能源有限公司，江蘇 南京 210047）

潤滑與密封性能是影響離心式壓縮機運行質量的關鍵因素，其中，潤滑性能主要受潤滑系統設計情況的影響，即潤滑系統能否達到離心式壓縮機穩定、長期運行的要求，絕大部分取決于設計方案的質量。而密封性能主要受干氣密封故障的干擾，經實踐驗證，離心式壓縮機運行過程中干氣密封故障發生率較高，嚴重影響設備運行效率。因此有必要對離心式壓縮機的潤滑系統設計及干氣壓縮故障預防進行重點分析。

1 離心式壓縮機潤滑系統

1.1 油箱設計

離心式壓縮機潤滑系統潤滑油全部存儲在油箱中，并完成脫氣、沉降、預熱處理。油箱設計要點有二，即容積選擇和自由面積設定。其中，容積選擇主要考慮管路和設備容積、潤滑油流動損耗、油箱內液面合理高度等，確保循環回的潤滑油在油箱內停留足夠時間，可充分釋放內部摻雜的煙氣[1]。而自由面積的合理選擇也可促進煙氣釋放，避免其再次進入到潤滑循環當中。

離心式壓縮泵潤滑系統油箱為一種常壓容器，因此其材質的選擇主要考慮剛度指標。例如可安裝側板壓槽，或設置外部強化鋼筋提高油箱剛度，還可選用增加壁厚的方式。

1.2 油泵設計

1.2.1 油泵選型

常用油泵類型為離心式油泵和容積式油泵，二者各有優勢，可根據實際需求進行選擇，在國內離心式壓縮泵潤滑系統中，容積泵更為常見。容積泵的優點在于當溫度既定時，壓力對其輸出流量的干擾非常有限，若壓力值在0.2～0.3MPa，輸出量幾乎不變，有利于輸出流量控制。但容積泵運行時易發生瞬時輸出壓力超出限定值的問題，且其必須配合自動回流調節閥使用。

1.2.2 參數設計

油泵核心參數包括轉速、定額流量、輸出壓力和配電機功率。若選用容積泵，其轉速以1450r∕min為宜，若選用離心泵，則可將轉速設計為2900r∕min。以上方案能有效降低油泵運轉噪音，延長油泵使用壽命。輸出壓力根據供油壓力和管路、設備的壓力損失確定，一般情況下，壓力閥的壓差不應低于0.2MPa。適當調低油泵出口壓力，可降低配電機功率要求，具體輸出壓力確定可預留0.2MPa 左右的波動范圍。油泵定額容量的預留范圍一般為20%，避免預留量過大，導致出口調壓閥選型困難。配電機功率的選擇主要結合運行溫度最低限、流量最高限、安全閥開閉壓力進行選擇，若使用離心泵，還需考慮油泵自動切換對配電機功率的要求。

1.3 過濾器設計

過濾器可保證潤滑系統中潤滑油的清潔程度，避免油膜遭破壞導致軸承受損。過濾器結構簡單，主要包括濾芯帶骨架和濾芯不帶骨架兩種，其性能差異并不明顯。

過濾器的參數設計要點在過濾精度和疏通能力的調節，另外還包括單位流通量設置、初始壓降設置、破壞壓差設置等，一般將過濾精度設置為10μm。此外，過濾器應使用非金屬材料，避免其受損后金屬碎屑進入潤滑油破壞軸承。

1.4 冷卻器設計

冷卻器帶走多余熱量，對潤滑油進行降溫。冷卻器按照冷卻介質不同，分為水冷式和空冷式兩種，若運行現場條件允許，一般多選用水冷式冷卻器，該類型冷卻器體積小、換熱性能優、前期投入低；若現場缺水則可選用空冷式。

換熱面積是冷卻器的核心參數，潤滑油進出口溫度、換熱管內徑、管材等均可能對換熱面積造成影響。給出如下冷卻器參數設計方案：（1）潤滑油進出口溫度：若選用標準型號潤滑油，要求進出口溫度分別在65℃和45℃[2]。（2）冷卻水進出口溫度：進口溫度以32℃為宜，若為管殼式冷卻器，溫度可調高5℃左右，若為板式冷卻器，溫度可調高7℃左右。（3）換熱管內徑：一般不得低于16mm。

2 離心式壓縮機干氣密封

2.1 常見干氣密封故障

2.1.1 固態雜質混入

離心式壓縮機及干氣密封固態雜質混入故障的誘發原因主要有三：一是密封氣過濾性能不佳，導致固態雜質摻雜在密封氣內進入干氣密封，端面過渡摩擦受損，密封性能進一步降低最終出現干氣密封故障。二是管道內固態雜質滯留，離心式壓縮機運行過程中，固態雜質受氣流作用進入干氣密封，導致故障發生。三是設備主密封氣壓不足，離心式壓縮機內部工藝氣體被壓入干氣密封。工藝氣體中往往含有大量固態雜質，導致干氣密封被破壞。

2.1.2 液態雜質混入

液態雜質混入故障原理為，液體進入干氣密封，導致動靜環穩定氣膜形成受阻，端面直接接觸而引發干氣密封故障。結合以往運行經驗，離心式壓縮機干氣密封液態雜質混入故障主要分潤滑油混入和烴類物質混入。其中，潤滑油混入可能為氮氣供應失穩、壓力降低或壓縮機內部油壓超過隔離氣壓導致，使干氣密封失效。烴類物質的混入也會破壞原本的密封效果，導致干氣密封故障，影響離心式壓縮機的運行穩定性。

2.1.3 動靜環干磨

若壓縮泵出口囤積較多高壓氣體，設備停運后高壓氣體正向作用力消除，其反向作用力施加在電機上，導致電機逆向運轉。由于離心式壓縮機內部動靜環設計為單向螺旋結構，電機逆向運轉時并不會形成穩定氣膜，導致各元件間直接接觸發生干磨，干氣密封受損。

2.2 干氣密封故障預防和處理措施

2.2.1 固態雜質引發的故障處理

第一，適當選擇、安裝過濾器，實時觀測過濾器壓差，及時進行設備更換。密封氣過濾裝置應常備備用設備。密封氣過濾裝置一般由粗過濾器和精過濾器構成，綜合過濾精度可達到1μm，避免固態雜質劃傷密封端面[3]。監控過程中，若發現過濾器壓差高于合理范圍，應及時啟動備用設備，并更換過濾器濾芯。第二，離心式壓縮機系統正式投入使用之前，需對密封氣管路做徹底清理，清除內部細微固態雜質，避免雜質進入干氣密封。第三，主密封氣應供應穩定、充足，主密封氣應在工藝氣進入壓縮機氣缸之前到位，要求將密封氣壓力控制在3.5～4.35MPa，防止工藝氣雜質混入干氣密封。

2.2.2 液態雜質引發的故障處理

潤滑油混入故障的防控主要應避免氮氣供應失穩現象的出現，可在供氮出口加裝壓力檢測設備，實時采集壓力值并傳輸至控制系統，若實際壓力達到臨界值，系統自動報警，提醒操作人員對離心式壓縮機的運行參數進行調整，防止潤滑油進入干氣密封。壓力臨界值一般設置為0.4MPa。另外，隔離氣供氣閥的關閉應在壓縮機關閉一段時間、高位油箱內液面降低后進行。

烴類物質的預防可在干氣密封氣源管內安裝電伴熱設備，加熱流經的干氣，確保干氣密封的主密封氣溫度不低于20℃，從根源上減少烴類物質的生成，預防液態雜質混入干氣密封故障的發生。

2.2.3 動靜環干磨引發的故障處理

動靜環干磨故障防控措施有二。第一，安裝單向閥，將離心式壓縮機出口回路的高壓氣流截斷，避免高壓氣流干擾離心壓縮機的正常運轉，防止密封面干磨。第二，安裝泄壓閥，離心式壓縮機停止后，若其出口管線內壓力超過既定值，泄壓閥自動開啟，將高壓氣體部分排出。除以上措施，在日常工作中，合理開展盤車作業，嚴格控制盤車時間和轉速，避免破壞干氣密封。

3 結語

潤滑系統及干氣密封在離心式壓縮機穩定運行中發揮出關鍵作用。潤滑系統設計要點在油箱、油泵、過濾器和冷卻器的選型和參數設定，干氣密封故障排查則主要針對固態雜質混入故障、液態雜質混入故障和動靜環干磨故障進行。加強離心式壓縮機設計安裝管理，并做好后期運行維護，使其潤滑及密封性能始終保持在較高水平。