柴油加氫裝置循環氫壓縮機干氣密封故障分析與處理

董元亮，張博強，趙小陽，孫德超，欒碩

（沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧 沈陽 110869）

1 干氣密封的工作原理

干氣密封一般由動環、靜環、彈簧、O 型圈、彈簧座等組成。動環表面會精加工出均勻分布的一定數量的螺旋槽，槽深一般2.5～10 微米。動環隨著主軸高速旋轉過程中，密封氣被周向泵送進螺旋槽內，由外徑朝向中心，徑向分量朝著密封壩流動，而密封壩節制氣體流向中心，于是氣體被壓縮引起壓力升高（圖1），形成一層很薄的氣膜一般3 微米左右，從而使密封實現非接觸運轉。

圖1

該氣膜具有一定的剛度，保證了密封運轉的穩定性。正常運轉條件下，干氣密封彈簧和氣體作用力（閉合力）等于氣膜的作用力（開啟力）。當密封系統受到干擾間隙減小，流體動壓效應增強，氣膜壓力增大，開啟力大于閉合力，為保持平衡，端面間隙自動增大直至平衡。如果擾動使間隙增大，端面的壓力就會降低，閉合力大于開啟力，端面間隙自動減小，達到新的平衡狀態。

2 串聯式干氣密封的結構特點

干氣密封的布置形式主要有：單端面，雙端面及串聯式干氣密封。

單端面式：又稱單級密封，主要用在低壓、介質氣無毒無害的工況，并不常見，在此不做詳細介紹。

雙端面式：雙端面干氣密封可以看作兩套單級密封面對面布置結果。適用于允許少量阻封氣進入缸體但不允許工藝氣外泄的工況，主要應用于中低壓壓縮機（圖2）。

圖2

串聯式干氣密封：串聯式干氣密封適用于允許少量工藝氣外泄的工況，廣泛應用在中高壓壓縮機。一套串聯式干氣密封可看作由兩套或多套干氣密封按相同方向首位連接而成的，如下圖。第一級干氣密封承擔全部或大部分的負荷，而二級密封作為備用密封，在一級密封失效時起到輔助安全密封的作用，其不承擔壓力降只起緩沖作用。隔離氣作為第三級密封起備用密封和阻塞密封（封潤滑油汽）作用，防止潤滑油串到干氣密封密內部污染摩擦副（圖3）。

圖3

3 故障分析及處理措施

江蘇某煉油廠柴油裝置循環氫壓縮機選用約翰克蘭的集裝式帶中間迷宮密封的串聯式干氣密封。壓縮機于2015 年10 月投運生產。2016 年1 月4 日機組運行期間突然發生干氣密封一級密封氣泄漏壓力聯鎖，機組停車。使用方在查看軸系及干氣密封監測歷史參數后認為是儀表誤報聯鎖，同時考慮生產任務較重，于當天再次啟動機組運行，各參數正常。1 月8 日凌晨，機組干氣密封泄漏壓力持續上漲且伴隨波動，最后觸發泄漏壓力高高聯鎖停車，裝置被迫停產檢修。主機廠及干氣密封廠家到現場對壓縮機及干氣密封進行拆檢檢查，發現干氣密封動靜環存在嚴重的磨損，同時靜環O 型圈破裂。

結合壓縮機拆檢情況及運行期間壓縮機軸系氣路參數，排除壓縮機故障和工藝參數劇烈波動造成的干氣密封失效。打開干氣密封聚結器及一級密封過濾器，發現存有少量的冷凝液，無顆粒性雜質。經多方分析，確定故障原因是由于冬季環境氣溫低導致主密封氣帶液進入密封面引發干氣密封失效。

為避免再次出現類似事故發生，現場實施了以下改進措施：

（1）對壓縮機出口至密封控制盤間管路及一級密封氣進氣管線增設伴熱，防止因季節因素導致密封氣帶液。

（2）加強干氣密封過濾器及聚結器的脫液頻次，并嚴密關注過濾器差壓。

（3）保證壓縮機入口介質溫度與設計值相符，入口分液罐及時脫液，并加強工藝氣的露點溫度化驗分析，防止工藝氣帶液。

經本次整改，迄今為止壓縮機干氣密封沒有再發生類似事故。

4 總結及注意事項

作為離心壓縮機的重要組成部分，干氣密封系統高效、平穩與否對整套裝置的運行具有關鍵性的影響，日常操作維護中除帶液問題外，還應注意以下幾點。

（1）先投隔離氣后啟油泵，停車反之；為防止缸內氣體反竄機內充壓前應先投入一級密封氣，且保證密封氣壓力高于排氣壓力，防止反壓。

（2）保證主密封上下游有正壓差。

（3）避免壓縮機在喘振工況下運行。

（4）盡量保證壓縮機運行工況穩定，防止工況波動對干氣密封系統引起干擾。

（5）避免機組長時間低速連續盤車。

（6）嚴禁壓縮機反轉。

（7）水平刨分壓縮機在安裝檢修過程中，要確保干氣密封腔中分面密封膠涂抹正確、到位。