干氣密封在離心壓縮機(jī)中的使用及日常維護(hù)簡(jiǎn)述

劉健男(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516000)

0 引言

200萬(wàn)噸/年催化重整裝置設(shè)有背壓式離心壓縮機(jī)K201和凝汽式離心壓縮機(jī)K202，兩臺(tái)大型機(jī)組使用的軸端密封均由約翰克蘭公司制造。而近年來(lái)在K201干氣密封系統(tǒng)中曾出現(xiàn)二級(jí)密封可能失效的情況，干氣密封的運(yùn)行情況直接影響著壓縮機(jī)能否平穩(wěn)運(yùn)行，關(guān)系著整個(gè)裝置的生產(chǎn)情況。但由于干氣密封裝入機(jī)組后，對(duì)其調(diào)整的手段相當(dāng)有限，故應(yīng)在日常操作，維護(hù)上更加精益求精，對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)做好檢測(cè)，記錄，排查，才能盡量保證密封的高壽命，高可靠性。

1 干氣密封介紹

1.1 干氣密封的結(jié)構(gòu)

在20世紀(jì)90年代初，干氣密封開(kāi)始應(yīng)用于透平壓縮機(jī)，其結(jié)構(gòu)與機(jī)械密封相似，也是由動(dòng)靜環(huán)、彈簧、殼體、O 形圈等組成。所不同的是，干氣密封動(dòng)環(huán)端面上開(kāi)有一圈溝槽，如圖所示，由進(jìn)入槽內(nèi)的氣體動(dòng)壓效應(yīng)產(chǎn)生開(kāi)啟力，使動(dòng)靜環(huán)兩端面之間產(chǎn)生微小的間隙，其間的泄漏量甚微。參見(jiàn)圖1 所示的動(dòng)環(huán)剖面。

圖1 動(dòng)環(huán)剖面圖

1.2 材質(zhì)

動(dòng)環(huán)：硬質(zhì)合金碳化鎢，靜環(huán)：石墨，型號(hào)：28AT 帶中間迷宮密封的串聯(lián)式干氣密封。

1.3 工作原理

干氣密封動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，密封氣體被吸入動(dòng)壓槽內(nèi)，由外徑朝向中心，徑向分量朝著密封堰流動(dòng)。由于密封堰的節(jié)流作用，進(jìn)入密封面的氣體被壓縮，氣體壓力升高。在該壓力作用下，密封面被推開(kāi)，流動(dòng)的氣體在兩個(gè)密封面之間形成一層很薄的氣膜，此氣膜厚度一般在2～5μm。氣體動(dòng)力學(xué)研究表明，當(dāng)干氣密封兩端面間的間隙在3μm 時(shí)，通過(guò)間隙的氣體流動(dòng)層最穩(wěn)定。當(dāng)氣體靜壓力，彈簧力形成的閉合力與氣膜反力相等時(shí)，便建立了穩(wěn)定的平衡間隙。

1.4 一二級(jí)密封氣流

主密封氣以稍高于工藝介質(zhì)壓力進(jìn)入一級(jí)密封的動(dòng)靜環(huán)，在動(dòng)環(huán)上動(dòng)壓槽的增壓作用下將動(dòng)靜環(huán)推開(kāi)一穩(wěn)定的間隙，同時(shí)在密封室形成穩(wěn)定的密封壓力。主密封氣的90%進(jìn)入機(jī)體與工藝介質(zhì)混合，主密封泄漏氣與二級(jí)密封氣混合后，由一次氣出口排至低壓火炬，二級(jí)密封泄漏氣與隔離氣混合后，由二次泄漏氣出口排至高點(diǎn)放空。參加圖2所示密封氣流狀態(tài)。

圖2 密封氣流向

2 干氣密封日常操作注意事項(xiàng)

2.1 開(kāi)工階段主密封氣投用

裝置檢修后，在投用主密封氣前，在機(jī)體前卡口，提前用氮?dú)獯祾呦嚓P(guān)管線12h。同時(shí)在主密封氣放火炬處卡口，工業(yè)風(fēng)或氮?dú)獯祾呋鹁嫦到y(tǒng)12h，確保主密封氣管道清潔，無(wú)雜質(zhì)。機(jī)組跑油階段：機(jī)組轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)，先建立隔離氣與二次密封氣放大氣差壓(且＞10.3kPa)，方可允許啟動(dòng)潤(rùn)滑油系統(tǒng)，防止?jié)櫥透Z入干氣密封系統(tǒng)。即先投用隔離氮?dú)?，再投用?rùn)滑油。

在機(jī)組啟動(dòng)前投用干氣密封時(shí)，保證主密封氣流量和壓力(流量可比正常生產(chǎn)時(shí)低，壓力要高于機(jī)體內(nèi)壓力)，避免長(zhǎng)時(shí)間靜止?fàn)顟B(tài)盤(pán)車(chē)。同時(shí)避免開(kāi)機(jī)初期機(jī)組長(zhǎng)期處于低轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)速較低r＜1000rpm/min 狀態(tài)下，動(dòng)靜環(huán)之間的動(dòng)壓效應(yīng)不明顯，可能導(dǎo)致密封面摩擦。

2.2 機(jī)組正常運(yùn)行階段監(jiān)控點(diǎn)

監(jiān)測(cè)一二級(jí)密封氣流量、壓力，過(guò)濾器差壓(＜0.1MPa)，主密封氣泄漏氣流量、壓力，和主密封氣分液罐液位(液位在33%時(shí)電磁閥聯(lián)鎖打開(kāi)排凝)。

2.3 緊急停工狀態(tài)

目前K201，K202均使用重整自產(chǎn)氫氣作為主密封氣源，當(dāng)出現(xiàn)緊急停工、自產(chǎn)氫氣中斷的情況下，要同時(shí)關(guān)注兩臺(tái)機(jī)組干氣密封氣源是否切換至N2，防止兩臺(tái)機(jī)組干氣密封流量異常，造成干氣密封系統(tǒng)波動(dòng)。主密封氣源跳至氮?dú)夂螅刂崎y將會(huì)跳至手動(dòng)狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整至正常后投自動(dòng)。

2.4 干氣密封切換操作

2019年檢修停工切換K202低壓缸LP 和高壓缸HP 主密封氣H2至N2時(shí)，為切換平穩(wěn)，通過(guò)賦予聯(lián)鎖壓力儀表假信號(hào)的方式打開(kāi)電磁閥進(jìn)行手閥切換。但在LP 切換時(shí)，由于流量控制閥為手動(dòng)狀態(tài)，導(dǎo)致流量波動(dòng)30～40NM3/H，壓力波動(dòng)10～20kPa。HP 切換時(shí)，流量控制閥為自動(dòng)狀態(tài)，流量壓力波動(dòng)很小。故建議以后切換時(shí)控制閥投自動(dòng)狀態(tài)，使干氣密封處于穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行，減少可能帶來(lái)的密封面摩擦。

3 干氣密封日常監(jiān)測(cè)點(diǎn)

3.1 潤(rùn)滑油污染密封

經(jīng)常觀察潤(rùn)滑油回油和軸承箱呼吸帽排空是否順暢，若回油管路堵塞或軸承箱排空不暢，可能導(dǎo)致潤(rùn)滑油噴濺，密封進(jìn)油，造成油氣長(zhǎng)期浸入靜環(huán)，導(dǎo)致靜環(huán)表面破損密封失效。監(jiān)控回油視鏡油質(zhì)，若發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑油有輕微乳化帶水情況，可能是汽輪機(jī)蒸汽漏入潤(rùn)滑油系統(tǒng)，潤(rùn)滑油需要在線脫水或更換潤(rùn)滑油提高油質(zhì)。

3.2 對(duì)分液罐的操作和監(jiān)控

目前K201/K202主密封氣都用增壓氫氣經(jīng)分液罐脫液后，再經(jīng)自力式調(diào)節(jié)閥減壓后做主密封氣，在運(yùn)行期間加強(qiáng)監(jiān)控分液罐液位，若液位高于10%進(jìn)行脫液，防止密封氣帶液；加強(qiáng)監(jiān)控自力式調(diào)節(jié)閥后壓力，若壓力異常，聯(lián)系儀表調(diào)至正常。

3.3 主密封氣泄漏氣放火炬

曾出現(xiàn)過(guò)低壓火炬系統(tǒng)壓力高，導(dǎo)致機(jī)組憋停事故。因主密封氣泄漏氣為小流量、低壓力，放至火炬系統(tǒng)為有背壓放空，異常工況下若火炬系統(tǒng)壓力高，易造成主密封泄漏氣壓力升高、流量變小而聯(lián)鎖停機(jī)?？煽紤]技改成主密封泄漏氣無(wú)背壓放空。表1是主密封泄漏氣聯(lián)鎖停機(jī)值。

表1 主密封泄漏氣聯(lián)鎖停機(jī)值

3.4 定期檢測(cè)密封氣品質(zhì)

在機(jī)組正常運(yùn)行工況，定期在機(jī)體前細(xì)線排凝處采樣并做理化分析，分析密封氣及泄漏氣的成分，從側(cè)面監(jiān)測(cè)干氣密封運(yùn)行狀況，以保證密封氣、隔離氣的清潔干燥，延長(zhǎng)密封使用壽命。

4 結(jié)語(yǔ)

離心壓縮機(jī)干氣密封是非常精密的設(shè)備部件，對(duì)運(yùn)行工況和密封氣源等的要求都十分苛刻。為保證干氣密封在下一個(gè)檢修周期前能夠安全運(yùn)行，仍需在日常生產(chǎn)中多觀察，多研究影響密封運(yùn)行的諸多因素，以使其處于最佳的工作狀態(tài)，對(duì)保證裝置的安全生產(chǎn)意義重大。