火炬氣雙螺桿壓縮機干氣密封系統原理及故障處理

李智

摘 要：文章介紹了雙螺桿壓縮機干氣密封工作原理，結合在運行使用過程中出現的故障進行分析，提出解決方案，為快速消除故障拓展了思路。

關鍵詞：雙螺桿壓縮機;干氣密封;故障處理

1 緒論

泰州石化火炬氣壓縮機其中1臺采用LG30/1.0螺桿壓縮機，在工藝流程上主要作用是回收、輸送排放火炬的火炬氣。機組結構為單級、臥式、噴液式雙螺桿壓縮機組。機組參數：容積流量30 m3/min（入口狀態）、吸氣壓力3.5KPa（G）、吸氣溫度40℃、排氣溫度≤85 ℃，排氣壓力1.0 MPa（G）、裝置自2016年開工以來，運行一直較平穩，2019年1月出現一次干氣密封故障，為此本文對故障原因展開分析，提出解決方案，為快速消除壓縮機干氣密封故障拓展思路。

2 干氣密封原理

干氣密封與機械密封的結構相似（如圖1），有一對垂直于旋轉軸線的端面（動靜環）在補償機構彈力的作用下，保持貼合并相對滑動，加之輔助密封的配合，從而達到防止泄漏的目的，端面表面上有幾微米至十幾微米深的溝槽，稱流體動壓槽。如圖2。

圖1 干氣密封結構示意圖圖2干氣密封端面簡圖

干氣密封運行時，高速旋轉的密封環將氣體帶入端面螺旋槽內，氣體由外徑朝中心運動，密封壩提供流動阻力，在槽根部形成局部的高壓區，使端面分開，并形成一定厚度的氣膜（一般為3微米）。當端面氣膜形成的開啟力與由彈簧和介質作用力形成的閉合力相等時，就形成了徑向面之間的穩定間隙，從而實現了非接觸運轉。密封面間形成具有一定剛度的氣膜，既保證了密封運轉的穩定性，又對摩擦副起到潤滑作用。[1]

當端面間隙減小，氣膜壓力會升高，開啟力上升，閉合力小于開啟力，迫使端面間隙加大，恢復到原來的平衡狀態。反之，當端面間隙增大時，端面氣膜壓力下降，開啟力減小，閉合力大于開啟力，迫使端面彼此靠攏，間隙減小，恢復到原來的正常間隙。

3 干氣密封系統故障

3.1 故障概況

火炬氣壓縮機的密封系統采用迷宮密封與干氣密封組合的形式，為避免干氣直接介質氣體，在迷宮密封與干氣密封之間充入潔凈的氮氣作為前置氣，保證干氣密封良好的工作環境;干氣密封采用雙端面結構，背靠背安裝，包括2套動環，共用1套靜環，同樣采用氮氣作為密封氣，干氣密封廠家推薦參數：主密封氣壓力0.6MPa，前置氣壓力0.4 MPa，壓差0.2MPa。2019年1月4日，機組主密封氣與前置氣壓差變小至0.15MPa，然后持續減小，15日達到0.06MPa，接近機組聯鎖值0.05 MPa。

3.2 故障分析

（1）密封氣源壓力波動。干氣密封系統氣源采用氮氣，經過濾后，由兩個調節閥調節壓力，一路作為前置氣，一路作為主密封氣。前置氣保證主密封工作環境的潔凈，主密封氣進入干氣密封后，一級密封腔內的密封氣經迷宮密封進入壓縮機內部，二級密封腔內的密封氣從軸承箱上的呼吸帽排出。若氣源壓力波動，則前置氣與主密封氣波動，實際情況壓力穩定，排除了氣源壓力波動引起的故障。

（2）壓縮機組振動。當機組位移距離或振動烈度過大時，端面間的氣膜剛度差，加之密封補償元件調整不及時，密封端面間隙不穩定，極易造成密封面磨損，引起主密封氣泄漏量大，但從壓縮機組監測來看，機組運行正常，振動情況良好，排除了機組振動引起的故障。

（3）主密封泄漏。主密封泄漏監測表為就地轉子流量計，主密封泄漏是造成壓差變小的最常見原因，但此時監測表流量指示<1Nm3/h，更換新的轉子流量計指示依舊，可以說明主密封基本無泄漏，排除了因為主密封泄漏引起的故障。

在此需要說明的是密封氣帶液、干氣密封安裝旋向錯誤，都可能造成主密封的失效，但此時主密封無泄漏，所以這些原因不再考慮。

（4）平衡管堵塞。機組排端兩組密封各有1套平衡管，連接密封腔和壓縮機入口，作用是平衡腔回氣。如果平衡管效果不好，高壓氣體無法通過平衡管返回入口，會造成的主密封氣與前置氣壓差變小，從故障現象看，可能性很大。

（5）迷宮密封損壞。迷宮密封原理，當氣體流過密封梳齒與軸表面構成的間隙時，氣流受到了節流作用，氣流的壓力和溫度下降。氣體每經過一次間隙和兩梳齒形成的空腔時，氣流就受到一次擴容和節流作用，都會因為旋渦效應損失能量，使氣體壓力不斷下降。

如果迷宮密封損壞，達不到對介質氣的減壓作用，高壓的介質氣會竄到一級密封端面。從現場壓差表的前置氣取壓點來看，排放的全是高壓介質氣并非純凈的氮氣，種種跡象表明迷宮密封損壞失效，是造成的主密封氣與前置氣壓差變小的主因。

3.3 故障處理

機組停機檢修，對比新的迷宮密封，發現迷宮密封的梳齒間隙已被黃白色雜質填滿，連接平衡管的泄壓小孔堵死，已經不起作用，驗證了前面的推測，更換迷宮密封后試車，前置氣與主密封壓差恢復正常，調節至0.2MPa，機組運行平穩。

4 結語

通過對干氣密封系統原理的介紹以及故障分析，并結合這次檢修過程，在機組日常操作中必須控制好前置氣的注入量，保證其壓力大于介質氣經迷宮密封減壓后的壓力，保證迷宮密封潔凈，防止聚集雜質，延長機組運行時間。

參考文獻：

[1]盧志國.單端面干氣密封在火炬氣螺桿壓縮機上的應用[J].通用機械，2011，3：40-41.