火炬氣雙螺桿壓縮機(jī)干氣密封系統(tǒng)原理及故障處理

李智

摘 要：文章介紹了雙螺桿壓縮機(jī)干氣密封工作原理，結(jié)合在運(yùn)行使用過(guò)程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析，提出解決方案，為快速消除故障拓展了思路。

關(guān)鍵詞：雙螺桿壓縮機(jī);干氣密封;故障處理

1 緒論

泰州石化火炬氣壓縮機(jī)其中1臺(tái)采用LG30/1.0螺桿壓縮機(jī)，在工藝流程上主要作用是回收、輸送排放火炬的火炬氣。機(jī)組結(jié)構(gòu)為單級(jí)、臥式、噴液式雙螺桿壓縮機(jī)組。機(jī)組參數(shù)：容積流量30 m3/min（入口狀態(tài)）、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(kāi)工以來(lái)，運(yùn)行一直較平穩(wěn)，2019年1月出現(xiàn)一次干氣密封故障，為此本文對(duì)故障原因展開(kāi)分析，提出解決方案，為快速消除壓縮機(jī)干氣密封故障拓展思路。

2 干氣密封原理

干氣密封與機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)相似（如圖1），有一對(duì)垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面（動(dòng)靜環(huán)）在補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力的作用下，保持貼合并相對(duì)滑動(dòng)，加之輔助密封的配合，從而達(dá)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(dòng)壓槽。如圖2。

圖1 干氣密封結(jié)構(gòu)示意圖圖2干氣密封端面簡(jiǎn)圖

干氣密封運(yùn)行時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的密封環(huán)將氣體帶入端面螺旋槽內(nèi)，氣體由外徑朝中心運(yùn)動(dòng)，密封壩提供流動(dòng)阻力，在槽根部形成局部的高壓區(qū)，使端面分開(kāi)，并形成一定厚度的氣膜（一般為3微米）。當(dāng)端面氣膜形成的開(kāi)啟力與由彈簧和介質(zhì)作用力形成的閉合力相等時(shí)，就形成了徑向面之間的穩(wěn)定間隙，從而實(shí)現(xiàn)了非接觸運(yùn)轉(zhuǎn)。密封面間形成具有一定剛度的氣膜，既保證了密封運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，又對(duì)摩擦副起到潤(rùn)滑作用。[1]

當(dāng)端面間隙減小，氣膜壓力會(huì)升高，開(kāi)啟力上升，閉合力小于開(kāi)啟力，迫使端面間隙加大，恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)。反之，當(dāng)端面間隙增大時(shí)，端面氣膜壓力下降，開(kāi)啟力減小，閉合力大于開(kāi)啟力，迫使端面彼此靠攏，間隙減小，恢復(fù)到原來(lái)的正常間隙。

3 干氣密封系統(tǒng)故障

3.1 故障概況

火炬氣壓縮機(jī)的密封系統(tǒng)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(zhì)氣體，在迷宮密封與干氣密封之間充入潔凈的氮?dú)庾鳛榍爸脷猓ＷC干氣密封良好的工作環(huán)境;干氣密封采用雙端面結(jié)構(gòu)，背靠背安裝，包括2套動(dòng)環(huán)，共用1套靜環(huán)，同樣采用氮?dú)庾鳛槊芊鈿猓蓺饷芊鈴S家推薦參數(shù)：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(jī)組主密封氣與前置氣壓差變小至0.15MPa，然后持續(xù)減小，15日達(dá)到0.06MPa，接近機(jī)組聯(lián)鎖值0.05 MPa。

3.2 故障分析

（1）密封氣源壓力波動(dòng)。干氣密封系統(tǒng)氣源采用氮?dú)猓?jīng)過(guò)濾后，由兩個(gè)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)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(huán)境的潔凈，主密封氣進(jìn)入干氣密封后，一級(jí)密封腔內(nèi)的密封氣經(jīng)迷宮密封進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)部，二級(jí)密封腔內(nèi)的密封氣從軸承箱上的呼吸帽排出。若氣源壓力波動(dòng)，則前置氣與主密封氣波動(dòng)，實(shí)際情況壓力穩(wěn)定，排除了氣源壓力波動(dòng)引起的故障。

（2）壓縮機(jī)組振動(dòng)。當(dāng)機(jī)組位移距離或振動(dòng)烈度過(guò)大時(shí)，端面間的氣膜剛度差，加之密封補(bǔ)償元件調(diào)整不及時(shí)，密封端面間隙不穩(wěn)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(jī)組監(jiān)測(cè)來(lái)看，機(jī)組運(yùn)行正常，振動(dòng)情況良好，排除了機(jī)組振動(dòng)引起的故障。

（3）主密封泄漏。主密封泄漏監(jiān)測(cè)表為就地轉(zhuǎn)子流量計(jì)，主密封泄漏是造成壓差變小的最常見(jiàn)原因，但此時(shí)監(jiān)測(cè)表流量指示<1Nm3/h，更換新的轉(zhuǎn)子流量計(jì)指示依舊，可以說(shuō)明主密封基本無(wú)泄漏，排除了因?yàn)橹髅芊庑孤┮鸬墓收稀?/p>

在此需要說(shuō)明的是密封氣帶液、干氣密封安裝旋向錯(cuò)誤，都可能造成主密封的失效，但此時(shí)主密封無(wú)泄漏，所以這些原因不再考慮。

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

（5）迷宮密封損壞。迷宮密封原理，當(dāng)氣體流過(guò)密封梳齒與軸表面構(gòu)成的間隙時(shí)，氣流受到了節(jié)流作用，氣流的壓力和溫度下降。氣體每經(jīng)過(guò)一次間隙和兩梳齒形成的空腔時(shí)，氣流就受到一次擴(kuò)容和節(jié)流作用，都會(huì)因?yàn)樾郎u效應(yīng)損失能量，使氣體壓力不斷下降。

如果迷宮密封損壞，達(dá)不到對(duì)介質(zhì)氣的減壓作用，高壓的介質(zhì)氣會(huì)竄到一級(jí)密封端面。從現(xiàn)場(chǎng)壓差表的前置氣取壓點(diǎn)來(lái)看，排放的全是高壓介質(zhì)氣并非純凈的氮?dú)猓N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(jī)組停機(jī)檢修，對(duì)比新的迷宮密封，發(fā)現(xiàn)迷宮密封的梳齒間隙已被黃白色雜質(zhì)填滿，連接平衡管的泄壓小孔堵死，已經(jīng)不起作用，驗(yàn)證了前面的推測(cè)，更換迷宮密封后試車，前置氣與主密封壓差恢復(fù)正常，調(diào)節(jié)至0.2MPa，機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)干氣密封系統(tǒng)原理的介紹以及故障分析，并結(jié)合這次檢修過(guò)程，在機(jī)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(zhì)氣經(jīng)迷宮密封減壓后的壓力，保證迷宮密封潔凈，防止聚集雜質(zhì)，延長(zhǎng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間。

參考文獻(xiàn)：

[1]盧志國(guó).單端面干氣密封在火炬氣螺桿壓縮機(jī)上的應(yīng)用[J].通用機(jī)械，2011，3：40-41.