離心壓縮機軸端密封沖蝕問題分析與改進研究

程少高

（大慶宏偉慶化石油化工有限公司，黑龍江 大慶 163400）

1 2MCL606 型壓縮機組結構特點

2MCL606型離心式壓縮機其結構為水平剖分式、兩段壓縮，共6級葉輪，高、低壓段各3級，葉輪為背靠背安裝。壓縮機主要由定子和轉子及底座組成。定子包含：機殼、隔板、軸承、軸端密封、干氣密封等。轉子包含軸、葉輪、軸套、平衡盤和推力盤。富氣在壓縮機流道內經過兩段壓縮，一段壓縮后介質經管線外引，經中間冷卻器和氣液分離器，返回二段入口再次壓縮。壓縮機密封采用軸端迷宮密封及雙端面干氣密封，各級間及平衡盤的密封均為迷宮密封。軸端密封體出廠時材質為LD10鍛制鋁、鎂合金。

2 富氣壓縮機工作介質組分

從表1介質組分可以看出，富氣壓縮機工作介質中含有水蒸汽、硫化氫、二氧化硫等成分。

表1 富氣組分

3 我公司2MCL606型壓縮機運行基本情況

我公司2MCL606型壓縮機為2015年投產運行，五年中進行了4次檢修，每次裝置開車機組運行一段時間后，干氣密封高低壓端干氣流量逐漸上漲，高壓端流量最高由0.03m3/h漲至3.5m3/h，泄漏量增加不僅增加能耗，也影響了機組的正常運行。

歷年拆檢查看氣壓機定子組件，都會發現軸端密封存在不同程度的損壞，如圖1、圖2。2016年檢修拆檢發現壓縮機軸端密封中分面嚴重腐蝕，基本失去密封效果。2017年，更換鋁、鎂合金為外殼，內嵌耐腐蝕、耐磨的PEEK材質的軸端密封，但同類情況仍然再次出現，只是問題開始出現時間相比推遲，拆檢后發現PEEK材質的內嵌套基本無損壞，外包的鋁、鎂合金材質的殼體在固定螺釘孔處嚴重腐蝕。2018年仍沿用合金內嵌PEEK材質的軸端密封，只是在氣封體固定沉頭釘內增加銅制密封墊,同時安裝時采用704密封膠對軸端密封的固定螺釘及中分面進行填充，干氣密封泄漏量增加的問題未再次出現。

圖1 中分面損壞的合金材質軸端密封

圖2 內嵌PEEK材質軸端密封損壞情況

4 結合2MCL606 型壓縮機歷年拆卸損壞情況分析問題原因

（1）根據軸端密封實際損壞情況，對腐蝕的因素分析。拆卸軸端密封發現有白色粉末狀物質，經化驗分析，該物質主要成分為鋁、鎂金屬的化合物，結合富氣成分所含的H2S、SO2及水蒸氣，具備形成酸的物質條件，H2S、SO2與凝結水結合生成腐蝕性的酸，金屬鎂、鋁與酸反應生成不穩定的鹽，再發生雙水解等過程，最終生成白色Al(OH)3、Mg(OH)2等金屬化合物。過程式如下：

（2）結合軸端密封實際損壞情況，腐蝕并不是損壞的唯一原因。2017年以前軸端密封整體材質均為鋁、鎂合金，而腐蝕位置主要集中在軸端密封的中分面固定螺釘孔處，且由孔處向周圍擴散，此時確定鋁、鎂合金被腐蝕，2017年為防止介質對鋁鎂合金的腐蝕，更換了價格偏高，內嵌PEEK材質、外殼仍為鋁、鎂合金的新型軸端密封，但此項改進，只是在問題開始出現的時間點上有所延遲，問題并未根本解決。2018年軸端密封安裝時，固定螺釘上增加紫銅墊密封，并在固定螺釘安裝后填充密封膠進一步密封，如圖3、圖4，沖蝕、腐蝕的問題基本得到控制，拆卸時只是在軸端密封與富氣接觸面存在微小的沖蝕。2019年更換價格更高，整體PEEK材質的軸端密封，干氣密封泄漏問題未再出現，問題根本解決。

圖3 全PEEK材質軸端密封加銅密封墊

圖4 全PEEK材質軸端密封密封膠封堵

結合上述歷年檢修拆檢情況及采取措施，分析問題原因如下：

（1）鋁、鎂合金的軸端密封不耐腐蝕和沖蝕。

（2）軸端密封固定螺釘孔安裝螺釘后留有較小的中空腔體，螺釘安裝時未做密封處理，存在微小泄漏，為酸介質形成提供了環境及空間。

（3）富氣中的蒸汽在流過中分面時在螺釘孔處形成擴壓腔，增加泄漏富氣停留時間，蒸汽冷凝成水滴并吸收了富氣中的H2S、SO2，形成了少量酸，鋁、鎂合金的腐蝕開始發生，損壞的金屬表面不斷擴大，集聚酸量增加，腐蝕加速，介質泄漏量不斷增加。

（4）泄漏增加同時沖蝕不斷加大，介質泄漏量增加使得不斷有新的酸形成，氣流加大，氣流通流的部位，增加沖蝕與腐蝕速率。

5 結語

富氣壓縮機軸端密封中分面因酸性物質的腐蝕及泄漏介質沖蝕，是密封損壞的主因。富氣中含有H2S、SO2等介質時，壓縮機軸端密封不易采用鋁鎂合金材料。對于裝置檢修周期長，機組需連續運行2年以上的裝置，軸端密封要采用耐腐蝕、抗沖蝕的高分子材料，我公司使用全PEEK材質的軸端密封并在中分面進行防泄漏處理，解決了富氣壓縮機組因軸端密封損壞不能長周期運行的難題。