干氣密封泄漏原因分析與解決措施

辛根源

（中國石油克拉瑪依石化公司 新疆克拉瑪依）

一、概述

中國石油克拉瑪依石化公司的100萬噸/年延遲焦化裝置中的2MCL457型富氣壓縮機，最大流量13 000 m3/h，進口壓力0.1 MPa，出口壓力1.36 MPa，一階臨界轉速4636 r/min，二階臨界轉速18 484 r/min，跳閘轉速12 925 r/min，調速范圍8400～11 750 r/min，工作介質為焦化富氣，進口介質溫度40℃，出口介質溫度123.6℃，額定功率16 970 kW，缸內葉輪級數為7級，首級葉輪名義直徑為450 mm，機組由汽輪機驅動，軸端采用干氣密封形式。

1.干氣密封組成

富氣壓縮機干氣密封為螺旋槽雙端面密封，由靜環、動環組件(旋轉環)、副密封O形圈、精密封、彈簧和彈簧座(腔體)等組成。彈簧在密封無負荷狀態下使靜環與固定在軸上的動環組件相配合，動環采用單向雙列螺旋槽結構。

2.干氣密封原理及控制系統

雙端面干氣密封由兩組單端面干氣密封組成，在兩組密封之間通過氮氣作阻塞氣體形成一個阻塞密封系統，氮氣的壓力始終控制在比被密封介質壓力略高0.2～0.3 MPa的水平，使其在大氣與介質氣之間起到阻隔作用，保證工藝介質氣體不會向大氣泄漏。外置大氣端（軸承端）的密封型式為碳環密封，可以避免軸承箱中的潤滑油進入干氣密封腔內，保證干氣密封在潔凈干燥的環境下運行。干氣密封控制監測系統由密封氣過濾單元、干氣密封泄漏監測單元、密封隔離氣單元組成，見圖1。

密封氣過濾單元是干氣密封控制系統的核心，氮氣經過過濾單元進入干氣密封，保證密封面不受顆粒雜質的損壞。干氣密封泄漏監測單元的作用是通過對主密封氣注入量及干氣密封泄漏量的監測來確認干氣密封是否運轉正常。主密封氣入口端顯示的流量即為兩端泄漏量之和，數值由金屬轉子流量計測量并遠傳至控制室，該值穩定且較小，任何一端的干氣密封出現意外失效都會導致流量的急劇增大，若達到設定值3 m3/h時，控制機組運行的ESD系統發出報警信號。隔離氣單元的作用是通過注入0.4 MPa的儀表風將干氣密封與軸承潤滑油隔離，防止干氣密封受潤滑油的污染。同時隔離氣可將干氣密封泄漏出的微量介質氣體吹除排空。

二、干氣密封泄漏及原因分析

1.故障現象

（1）壓縮機在正常運行過程中出現低壓端干氣密封主密封氣流量迅速上升，大約8h內由正常值0.38m3/h上升到3.5m3/h，超過主密封氣流量Q≥3 m3/h的報警值，主密封氣和緩沖氣的壓差變化不大，維持在430 kPa左右。高壓端干氣密封主密封氣流量0.48 m3/h正常，其他各監控點指示正常。

圖1 干氣密封控制系統

（2）壓縮機在正常運行過程中高壓端干氣密封泄漏量增大，主密封氣流量在10 h內由0.48 m3/h開始快速上升到3.8 m3/h（流量表滿量程），現場儀表檢查確認流量表顯示正常，無假顯示現象。壓縮機支路油壓為0.23 MPa，密封隔離氣壓力為0.23 MPa，都沒有變化。機組運行一段時間后主密封氣流量值仍無回落，泄漏量未減少。

2.原因分析

拆解壓縮機干氣密封后檢查發現干氣密封內流入液體，造成密封碳環磨損，致使干氣密封失效。分析干氣密封內進液主要有兩方面原因：

（1）壓縮機開機后支路潤滑油壓力偏高、油量大，回油腔液位偏高，致使密封隔離氣和梳齒密封不能有效的密封軸承潤滑油，造成少量潤滑油漫入低壓端干氣密封的動環和靜環之間，見圖2、圖3。

圖2 梳齒密封內殘液痕跡

（2）工藝介質富氣進入壓縮機溫度較高，最高可達62℃（富氣濕式空冷設計存在問題，冷卻效果差）遠大于40℃的設計要求，因此造成富氣帶液嚴重。壓縮機運行過程中，富氣中液滴逐步凝結聚積，緩慢滲入干氣密封內，見圖4。進入干氣密封內的液體浸入到動環和靜環之間，液體的張力作用使動、靜環牢牢的粘在一起。機組運轉時，螺旋槽內產生的開啟力小于閉合力，無法將密封面分開形成氣膜，使密封面變成接觸性摩擦，從而導致密封泄漏量增加，嚴重時會使密封面磨損，導致密封失效，見圖5。

三、解決措施及效果

（1）更換油壓調節閥，保證潤滑油壓力控制平穩。在開機前將各支路油壓調至0.2 MPa，密封隔離氣壓力由0.15 MPa調至0.25 MPa。更換對梳齒密封，以確保密封隔離氣和梳齒密封能有效的密封軸承潤滑油，而使潤滑油不會浸入干氣密封內。

（2）改造壓縮機富氣流程，一級返飛動量經過中間冷卻器后返入口分液罐，不經過富氣空冷以降低富氣空冷負荷，有效降低了富氣進壓縮機時的溫度。對壓縮機入口分液罐、中間分液罐、入口脫液包加強脫液處理，避免由于富氣帶液過多造成的液滴凝結聚積。

圖3 潤滑油浸入密封靜環表面

圖4 工藝氣凝液附著在密封表面

圖5 動環上密封碳環磨損痕跡

實施改進措施重新開機后，壓縮機富氣溫度在40℃左右，富氣溫度高引起的帶液問題得到有效解決。干氣密封高、低壓端流量在正常范圍內，其他各點參數正常。油壓調整后各軸瓦溫度沒有受到影響。富氣壓縮未出現異常，干氣密封泄漏量在正常范圍內，機組運轉情況良好。