离心压缩机干气密封故障原因分析与处理潘冬明

离心压缩机干气密封故障原因分析与处理潘冬明

潘冬明郭景涛

易高清洁能源管理服务（西安）有限公司

引言

随着石油、化工行业的快速发展，低能耗、高效益、零污染、长周期的发展方向已成为石油化工行业的发展趋势。大型压缩机组是石化行业的关键设备，其密封性能的好坏决定装置能否平稳安全运行。干气密封以其低泄漏、经济实用性好、密封寿命长和运行可靠等特点脱颖而出。干气密封是一种新型的旋转轴用非接触密封，它是在气体润滑轴承的基础上，由接触型液膜机械密封改进而来。上世纪60年代末，约翰克兰公司研制出首套干气密封并应用于离心压缩机。随着密封行业以及流体动力学的快速发展，已经衍生出各种型式的干气密封。目前，干气密封已在石油、化工、冶金、航空等行业中广泛使用。

1概述

1.1离心式压缩机工作原理

离心式压缩机的主要作用是压缩气体，以此达到人们在工作中的某种需求的目的。工作中，离心压缩机通过其叶轮进行高速旋转，而且叶轮在旋转中会带动通管中的空气进行高速旋转，这样能够不断加速通道内部的空气旋转，通过气理性作用形成一种扩压器。通常，离心式压缩机的工作原理是通过其叶轮转动，再产生空气的推动力。在空气的作用下，将叶轮及扩压器产生的空气在流通通道内进行压缩，并且合理运用离心原则及降速原理等等，把离心机产生的机械性能转换为空气的压力功能。此外，空气在扩压器的作用下日益压缩的过程中，会使得空气的流通速度迅速上升，从而造成通道底部空气加速度减少，而空气也会降低速度，后方的空气仍旧是不断前进和挤压的，这样就会让空气的动量势能转化为静态压能，最终达到压缩空气的目标。本文通过研究离心压缩机的轴系整体结构，如图1所示，维修检测人员在日后的实践工作中应该增强对压缩机组整体结构的检测与维修，保证压缩机设备的正常运行。

图1压缩机组的轴系整体结构图

1.2干气密封工作原理

典型的干气密封结果主要是由五个部分组成，分别是密封圈、旋转环、弹簧、弹簧座以及静环。旋转环密封面受到研磨抛光处理后，在其上面加工出具有特殊功能的流体动压槽。干气密封摩擦面的槽型中具有代表性的T型槽、单向螺旋等等，在实际使用中单向旋转槽型可以保证流体通畅运行。气膜具有较强的刚度，在强压下可以保持其最初的形态。处于这种情况下。其载荷轴承能力就可以在以往的基础上把瞬态工况，或者变动工况期间的长动态表明基础的风险减少到最校一般来说，完善该性能的重点是螺旋槽的内泵动效应。在整个干气密封过程中，瞬态工况对离心式压缩机而言具有重要的意义，并且这项技术也是干气密封的关键。

2故障分析

2.1低压侧主密封气流量表故障

主密封气流量监测表一个为就地表，一个为远程控制表。发生故障时，两块表的流量趋势基本相同，两块表同时发生故障的概率很校当时流量达到满量程5Nm3/h后，我们将流量计更换为大量程的流量计，监测泄漏量为11Nm3/h，所以基本排除流量表故障的原因。

2.2密封气源压力波动

密封气源采用氮气，经过滤器过滤后，由自力式调节阀调节压力分为两路，一路作为前置密封气，一路作为主密封气。前置密封气经迷宫密封随介质气一起进入压缩机内部。主密封气进入主密封腔内，一级密封腔内的大部分密封气随前置密封器一起经迷宫密封进入压缩机内部，二级密封腔内的密封气经室外放空排放至大气。若密封气源压力发生波动，则前置密封气与主密封气的压力与流量都会相应波动，实际情况是前置密封气流量保持正常值20Nm3/h，压力保持正常值200kPa。所以排除密封气源压力波动引起的主密封气压力波动。

2.3密封气源带液

如果密封气源带液，干气密封动静环之间的气膜厚度会发生变化，进而引起主密封气压力与流量变化。故障发生后，打开密封气源排液导淋，并未发现有液体排出，过滤器处排液也并无液体，所以排除密封气源引起的故障。

2.4压缩机轴振动及位移增大

低压端干气密封动环安装在转子轴上，静环固定在压缩机壳体上，当转子轴振动及位移发生变化时，干气密封动环跟着转子轴同步变化，而静环在补偿弹簧作用下调整动环与静环之间间隙，当转子轴位移及振动变化过大，静环补偿弹簧调整不及时或无法补偿时，此时动静环间隙变大，进而引起主密封气泄漏量增大，从压缩机控制系统可以看出，正常运行时，压缩机轴低压端轴振动在7.8um左右，报警值为63.5um，轴位移在-0.297mm左右，报警值为±0.5。干气密封发生故障时，轴振动与位移基本无变化，所以排除压缩机轴振动与位移的变化引起干气密封泄漏。

2.5干气密封材质与安装质量问题

大修期间更换压缩机高低压端干气密封。回装前，去制作厂家仔细核对干气密封材质，确保所用材质无质量问题。干气密封安装时周向位置对准键槽，轴向位置、锁紧螺母位置以及剪切环位置，每一步都经认真检查，确认安装数据，防止干气密封安装不到位，动环与静环之间相对位置发生变化，影响静环轴向补偿能力而引起干气密封主密封气流量与压力变化。

3故障处理

故障发生后，判断为一级密封端面被污染，动静环间隙变大，造成主密封气泄漏量变大。通过逐步排除后发现，故障前期富气杂质含量较多，初步判断为富气通过前置密封气迷宫密封泄漏至一级密封腔内，富气杂质污染一级密封端面，造成间隙变大，泄漏量变大。处理措施如下：增大前置密封气压力，确保前置密封气压力大于介质气经迷宫密封减压后的压力，使前置密封气进入介质侧，冲洗迷宫密封处的杂质，防止其进入一级密封端面。同时相应地增大主密封气的压力，并注意主密封气与前置密封气的差压大于150kPa，防止差压联锁。通过主密封气将一级密封端面杂质冲洗干净，利用动环轴向自动补偿，进而将一级密封端面间隙恢复至正常值。通过处理措施5个小时后，主密封气流量恢复至正常值。

结语

本次干气密封动环密封槽改型彻底解决了压缩机停车过程因倒转造成机组干气密封损坏的问题，保证机组长周期稳定运行，减少机组干气密封故障的检修次数，为装置带来巨大的经济效益。

参考文献

[1]杨艳，刘二斌，韩斌.离心式压缩机干气密封工作原理与典型故障研究[J].化工管理，2016（18）：192.

[2]王莉，李旭昆，祁金青，等.离心式压缩机干气密封工作原理与典型故障研究[J].中国高新技术企业，2016（08）：64-65.