降低增壓機級間密封泄露技術的研究

解強(內蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責任公司，內蒙古鄂爾多斯017313)

0 引言

空氣壓縮機組是空分裝置的重要部分，它是一種用以壓縮大氣氣體的動力設備，與水泵的構造是比較相似的。大多數空氣壓縮機是旋轉螺桿，旋轉葉片，或者往復活塞式。由熱電工程提供的中壓蒸汽動力是空氣壓縮機的動力主要來源，蒸汽動力通過汽輪機，再帶動空壓機和增壓機，空氣壓縮機就可以正常工作了。當空氣壓縮機正常工作時，由空氣過濾器吸入大氣空氣，然后經過進口導葉自動調節后，空氣進入一級壓縮，在大氣經過一級壓縮后，氣體的溫度會變得較高。然后需要對高溫空氣進行冷卻，這就需要空氣從一級壓縮進入到中間冷卻器，經冷卻后的空氣進入到壓縮機的二級壓縮系統，然后再由一級后冷器對從二級壓縮器中出來的高溫空氣進行二次冷卻，然后再把冷卻好的空氣排進排氣主管道。

空氣壓縮機通常會將吸入的外部空氣壓縮至0.535MPa 后送往空分裝置。來自純化器的干燥空氣0.48MPa，經過增壓機的程序加壓以后，可以把過程分為三個主要部分，由增壓機一段把全廠的使用空氣和全工廠的儀表空氣的大氣抽出；然后增壓機二段把空氣抽出后，把空氣送往空氣分離裝置—增壓透平膨脹機；增壓機三段負責把大氣繼續加壓，然后再把加壓后的高溫大氣分送到空分裝置下塔參與精餾。

1 增壓機級間密封泄漏的優化目標及內容

1.1 優化目標

空分系統所設計制氧量為28000Nm3/h，系統運行后后，氧氣量最高只能達到26500m3/h；根據壓縮機運行情況，對壓縮機組進行性能測試；測試結果顯示，增壓機二段排氣量不足，從而引起氧氣產量的不足。因此確定了如何減少級間串氣，減少氣體損失，從而提高增壓機的排氣量作為本次的研發目標。

1.2 優化內容

改造機組級間、段間密封，用新設計的可接觸碳環密封來替代原來使用的梳齒密封方式，并且更換級間密封，這樣可以達到減少級間串氣，以及減少損失氣體的目的，這樣不僅僅是提高了增壓機的最大排氣量，而且可以達到改變機組運行效率的目的。

2 增壓機級間密封泄漏的優化過程

2.1 密封改進原理

MCO1404+3BCL457壓縮機級間密封主要是用迷宮密封來實現，把很多很多個環形密封齒一次排列，設在轉軸周圍，密封齒與密封齒之間會形成很多很多的截流間隙和膨脹空腔，當被密封的介質在通過截流間隙和膨脹空腔的間隙時，外散速度會明顯減弱，這就產生了節流效應，從而達到了密封和阻漏的目的。迷宮密封不需要潤滑，迷宮密封沒有固相摩擦，它特別適合于高速、高溫和高壓的環境，也是大尺寸密封的優先選擇，迷宮密封是非接觸密封。雖然迷宮密封漏的泄量會較大，但是如果采取抽氣輔助的密封手段，再多多增加迷宮的級數，就完全可以把漏泄量減到非常小，但是如果想要完全不漏，是非常困難的。由于迷宮密封不需潤滑，也不是接觸密封，并且在轉子和機殼間存在了很多間隙，并允許有高溫高壓、允許有熱膨脹，并且特別適應高轉速頻率的場合，所以，燃氣輪機、鼓風機、汽輪機和壓縮機的軸端和級間的密封，都特別的適合使用這種密封形式，或者也可以把迷宮密封作為其他的動密封的前置密封。由上所述，如果把迷宮密封在壓縮機的隔板軸孔處和各級葉輪進口圈外緣廣泛應用，就可以達到減少各級氣體回流的目的(圖1)。一般用鋁合金來制作迷宮密封，主要是因為鋁合金這種材料比較軟，可以大程度的避免軸套和葉輪的損壞。

為了避免密封體會因為過熱膨脹后發生變形而發生抱軸事故，所以通常會將密封體做成一種L 形卡臺，然后用梳齒狀來設計密封齒，最后，為了把密封體外環固定好，一定要使用沉頭螺釘，一般是在上半隔板或者是機殼上，但是通常不能完全固定死。

對于有些尺寸比較大的密封體，可以根據需要進行切割，一般切割成兩半或四半，但是一定要注意在切口處要留有一定的間隙，這樣才可以滿足熱膨脹的要求。

圖1迷宮密封示意圖

為了能夠有效的進口流量，在離心式壓縮機的工作葉輪通過葉輪做功后，絕大部分的大氣會進入到擴壓器中被繼續擴壓，但是，還是會有大氣從隔板軸封和輪蓋密封的葉輪出口被泄漏出去，形成漏氣損失，實踐證明，隔板軸封泄漏量大概是輪蓋氣封泄漏量的1/3左右，所以，隔板軸封泄漏量是比輪蓋密封的泄漏量小很多的。但是，如果外部能量沒有直接增加，那么隔板軸封泄漏量也只是有效的減少了工作葉輪的能量。通過改善葉輪的輪蓋處的密封泄漏量，大大增加了工作葉輪的大氣進口流量，但是新鮮的氣體進入葉輪會相對的減少(圖2)。

圖2 改善葉輪輪蓋處的密封，增加葉輪大氣進口流量

在輪蓋密封處不斷循環得G1這股氣流，在外界不斷的提供機械功，但是，能量損失會使得葉輪大大增加耗機械功，影響了壓縮機的效率。因此，提高離心壓縮機效率的重要因素之一就是減少輪蓋密封泄漏量。密封間隙與泄漏量情況見表1。

表1密封間隙與泄漏量情況

由上表可知，一個不可忽視的問題—輪蓋密封泄漏損失，由內漏引起了空氣壓縮機出現能耗高且達不到設計值。為什么系統負荷受到了很大的影響？主要是因為原有的梳齒密封間隙偏大，泄漏量變大造成的。

2.2 改造施工方案

(1)拆除增壓機兩端軸承各個進油口、回油口、排油煙口，并將各個拆除口用白布抱閘好，以免異物進入管道內部。

(2)將增壓機與變速機之間的聯軸器斷開，使增壓機脫落機組系統。汽輪機、空壓機系統需手動間段盤車。

(3)要把密封膠涂在時聯軸器護罩的結合面上，務必確保密封。要把增壓機與變速機端連接兩半聯軸器護罩的銷子和螺釘卸下，并且卸下上半罩體。

(4)對聯軸器組件進行細致檢查并拆卸組件，檢查并拆除壓縮機轉自軸端輪轂備帽，使用專用工具吧加熱輪轂取出，在測量原始定位尺寸后。

(5)把螺釘從固定軸承蓋上擰下，垂直的把蓋取出。把連接兩半軸承的螺釘擰出，在軸承上部有螺紋孔，然后再擰上吊環螺釘，最后用航車吊出上半軸承。

(6)拆除增壓機筒體兩端的盲蓋的各個螺栓，后將兩端盲蓋取下。

(7)抽出增壓機內機芯(上下隔板、葉輪)，放置在空曠、干凈的地面上，松掉上下隔板的合并緊固螺栓、軸向合并緊固螺栓，上下隔板分開后，取出葉輪。

(8)一定要認真的檢查密封內組件的質量完好狀況，以及組配時的壓縮量，要配合廠家技術人員，交流溝通，及時的解體更換級間、段間密封組件。

(9)各個密封更換完后，現場回裝隔板組件、葉輪，裝回壓蓋定位卡片及緊固螺栓和軸套軸向定位卡環。

(10)將組裝好的增壓機機芯組件(隔板密封、葉輪)吊起，回裝至增壓機筒體內。

(11)回裝增壓機兩端盲蓋，逐個回裝各個螺栓。回裝機組軸承腔體、推力、支撐軸承及各個潤滑油管道、排油煙管道等。

(12)聯系儀表人員，回裝各個儀表探頭線。

3 結語

密封的優化提高了壓縮機的工作效率，總進氣量提高了1000Nm3/h 以上，系統氧氣提取率為75%，為企業和公司大大減少了成本。