干氣密封應用中故障及對策

王天全，高燕清，樸澤林

（吉林石化公司煉油廠，吉林吉林 132000）

0 引言

由于干氣密封的高可靠性和良好的經濟性，干氣密封獲得了越來越廣泛的應用。干氣密封是離心壓縮機中使用最多的軸端密封型式，其運行的優劣直接決定著壓縮機的能否正常工作。密封失效將會給日常的生產造成嚴重的經濟損失，甚至造成火災，爆炸等嚴重的后果。因此，對干氣密封運行中常見故障進行分析，找到解決方法具有重要的現實意義。

1 干氣密封介紹

干運轉、氣體潤滑、非接觸式機械端面密封簡稱為干氣密封。干氣密封是一種新型的無接觸軸封，與其他密封相比，干氣密封以氣封氣、非接觸、氣膜潤滑，具有泄漏量少、磨損小、壽命長、能耗低、操作簡單可靠、維修量低、密封的流體不受油污染等特點。

干氣密封和普通平衡型機械密封相似，由靜環和動環組成：靜環由彈簧加載，并靠O 形圈輔助密封；動環槽型分為單向螺旋槽和雙向螺旋槽（圖1）。

干氣密封與機械密封的區別在于：干氣密封動環端面開有氣體動壓槽，氣體槽深度僅有幾微米，端面間必須有潔凈的氣體，以保證兩個端面間形成一個穩定的氣膜使得密封端面完全分離。氣膜厚度一般為幾微米：間隙如果太大，密封效果會變差；間隙如果太小，則會使密封面發生接觸，導致干氣密封的摩擦熱不能散失，引起密封端面的變形使密封失效。

干氣密封常見的兩種槽型是單向槽（V 形）與雙向槽（U 形）（表1）。

圖1 干氣密封動環的槽型

表1 單向槽與雙向槽的特性

干氣密封對氣源介質要求較嚴格，使用干氣密封機組，要保證密封氣干凈、干燥，在一定溫度、壓力下不碳化、不聚合的氣體作為干氣密封的工作氣源。必需始終保證干氣密封各個密封端面上、下游壓差為正壓差。另外，單向旋轉槽型不可反向旋轉。

開車時，應先投后置隔離氣，再投軸承潤滑油。停車時，反之。

2 干氣密封故障及分析

在實際使用中，干氣密封會出現形形色色問題，下面就對常見的一些故障進行分析，并提出相應的解決方法。

2.1 靜壓或動壓打開能力差

干氣密封分為靜壓和動壓兩種狀態，在機組的開機階段，靜壓打開就是指當壓縮機缸體內達到一定的壓力時，動環、靜環打開形成穩定的氣膜，防止動環、靜環干摩擦；運行階段，動壓打開就是指達到某運行轉速時，干氣密封動靜環之間分離，形成穩定的氣膜。

目前國內頂尖密封技術能夠達到0.6 m/s 時動環、靜環打開，多數干氣密封都具備現場盤車或低速運轉的需求。但對于早期的一些干氣密封，由于設計的槽型等結構問題，建議開機前不要長時間進行盤車，以防干氣密封長時間低速干磨擦導致損壞。同時建議增設開停機干氣密封系統增壓泵，確保干氣密封不干摩擦，延長密封使用壽命。

案例1：某公司30 萬噸合成氨氨壓機干氣密封故障

機組概況：30 萬噸合成氨氨壓機為國外進口機組，干氣密封為隨主機配套的進口干氣密封，投入運行10 年來多次因干氣密封損壞導致機組停機檢修，更換另一進口供應商生產的干氣密封后仍未得到明顯改善。

故障原因：該機組開車期間汽輪機暖機工況，開車時盤車24 h，停車時盤車48 h，長時間低速運轉導致干氣密封損壞。

處理措施：國產化密封重新調整了動壓槽的設計參數，降低了密封端面的起伏速度，增設了一臺干氣密封增壓泵，同時優化開機工況適當減少了盤車時間。

效果：采取以上措施后，干氣密封壽命大大提高，由原來的不足2 年提高到5 年以上。

2.2 MCL 型壓縮機安裝時中分面涂膠

涂膠這種問題在機組安裝或檢修時常常被忽略引起干封運行時失效。對于中間剖分型機組在檢修后由于干氣密封氣腔附近沒有涂抹密封膠，導致干氣密封前后竄氣導致密封失效。

在正常的機組檢修過程中建議在密封腔適當位置盡量多涂，多涂后雖然浪費，但能增加密封可靠性。

案例2：某公司MCL 富氣壓縮機干氣密封涂膠

機組概況：2015 年12 月某公司MCL 富氣壓縮機發生故障，進行更換干氣密封。

故障經過：安裝干氣密封后多次打靜壓不合格。經過分析發現由于是冬季施工，施工現場環境溫度低，造成密封膠固化大大加長，加上搶修要求時間緊，干氣密封在打靜壓過程中將涂抹的密封膠吹走，導致密封失效。

處理措施：按密封膠溫度要求，涂膠后進行加熱保溫。

效果：密封一次安裝成功。

建議：密封安裝后，達到密封膠說明書要求的固化時間才可以打靜壓。

2.3 密封膠條損壞

現場正常安裝的條件下，密封膠條損壞的情況時有發生（圖2）。主要原因是由于密封區域缸體錯口嚴重引起安裝時密封膠條損壞。對錯口部位進行處理即可。

2.4 機組反轉造成干氣密封損壞[1]

安裝時需要確認好聯端與非聯端密封，防止裝反；工藝操作上，在機組停機過程中盡量避免反轉工況，特別針對單旋向槽型的設計，如螺旋槽等，反轉時動靜環很容易損壞。因此也出現了很多雙旋向的槽型，如T 形、八形等，在容易發生反轉的機組中常采用雙旋向槽型。

圖2 密封膠條損壞

案例3：富氣壓縮機干氣密封反轉造成干氣密封損壞

機組概況：ARGG 裝置富氣壓縮機組由背壓式汽輪機和離心式壓縮機組成，汽輪機生產廠家為美國ELLIOTT 公司，型號SNV-3，3 級葉片，轉速范圍3716～5574 r/min；壓縮機為沈鼓制造的離心式壓縮機，型號為2MCL806。

故障經過：機組在正常運轉過程中，由于振動高造成聯鎖停機。由于壓縮機出口止回閥（自保閥)未關閉，出口電動閥關閉不及時，機組反轉造成干氣密封損壞。

結合河南省的平原地勢、溫潤氣候以及良好的飼草條件，上莊鄉所選擇的舍飼飼養繁殖品種主要包括了小尾寒羊、無角道賽特、薩福克、波爾山羊等品種，這些品種首先適合于舍飼養殖，而且多品種羊群在優良雜交后還能確保母羊每一胎的斷乳羔羊至少增加3頭，且每頭可增重至少20%，飼料利用率也相應提高至少10%。近年，上莊鄉舍飼養殖優良品種羊群時也發現其比本地羊群的生長速度更快、飼養周期也相對較短，可有效提升經濟效益，確保羊群后代的高繁殖率與優良品質。

處理措施：檢修出口自保閥，更換干氣密封。

建議：單向槽干氣密封機組在機組檢修時必須對機組出口單向閥進行檢查，確保單向閥靈活好用，制定機組反轉應急預案并做好演練。

2.5 干氣密封管路故障導致干氣密封失效

（1）安裝管路污染物引起密封失效。干氣密封本體污染物主要來源有密封氣、產品介質和軸承油。在安裝過程中要對密封的氣管路進行酸洗、鈍化、吹掃，確保干氣密封系統清潔，為干氣密封安全運行提供良好的條件。

（2）檢修時要重點檢查密封氣過濾網，并對干氣密封氣源管路進行吹掃檢查，特別是對機組的平衡管重點做好檢查確認。

案例4：富氣壓縮機干氣密封平衡管不暢造成干氣密封差壓聯鎖

機組概況：某公司富氣壓縮機原設計采用浮環密封，后改造為干氣密封。由于原機組沒有平衡管，利用原機組浮環密封回油管及液位計，改造為平衡管。

故障經過：密封改造初期機組密封效果良好，運行6 年后發現機組平衡管壓力逐漸增大，干氣密封差壓在減小。在檢查時只對前置密封迷宮密封進行了更換，問題得到緩解，2017 年機組突然發生密封差壓低聯鎖停機。

處理措施：機組解體檢查，發現干氣密封沒有損壞，在對平衡管進行檢查時發現平衡管到壓縮機入口管路已經結垢堵死，對管線進行了更換，干氣密封沒有更換。

效果：檢修后，平衡管壓力由檢修前的0.45 MPa 下降到0.21 MPa，密封差壓由0.05 MPa 增大到0.55 MPa，干氣密封運行正常。

2.6 機組開車時未先投后置密封隔離氣導致干氣密封失效

案例5：循環氫壓縮機干氣密封帶液造成干氣密封損壞機組概況：某公司循環氫壓縮機組。

故障經過：裝置大檢修后開車時，干氣密封失效，經檢查原因為沒有投用干氣密封后置密封隔離氣。

處理措施：更換損壞干氣密封，按操作規程投用干氣密封。對策：增設干氣密封后置密封隔離氣的壓力為潤滑油泵啟動聯鎖條件。

3 結束語

離心壓縮機干氣密封涉及到設計、制造、安裝、檢修、操作等諸多方面，必須高度重視，認真細致工作，才能達到機組本質安全，實現機組安全、平穩、長周期運行。