離心式壓縮機干氣密封系統常見故障分析

蔣 靜

（大慶油田天然氣分公司油氣加工六大隊，黑龍江大慶 163000）

0 引言

歸納總結離心式壓縮機干氣密封系統常見故障發現，干氣密封系統的使用壽命與構成密封環境的附屬系統存在較大關聯。當干氣密封系統工作，其背壓產生變化時，密封系統及時完成動態跟隨，使得密封系統中的氣壓與背壓這兩種壓力持平，保持系統整體壓差的穩定，進而保證干氣密封系統密封環境的穩定。

1 離心式壓縮機結構原理

離心式壓縮機主要是通過氣體作為工作介質來完成工作，這與離心泵和軸流式壓縮機有很大區別。離心式壓縮機工作過程中氣體徑向流動，會產生較大的排氣壓力。離心式壓縮機中的轉子主要由軸和葉輪兩部分組成，軸承對轉子起到支撐作用，止推軸承和平衡盤一起來完成軸向力的平衡作用。轉子受到啟動設備的驅動自身高速旋轉，轉子、定子、軸承作為壓縮機的三大設備板塊，協調配合來完成離心式壓縮機的正常工作。

2 離心式壓縮機的特點

（1）傳統的復式壓縮機排量較小，離心式壓縮機與復式壓縮機相比，排量明顯提高，每分鐘可以達到數千立方米，工作效率得到很大提升。

（2）離心式壓縮機各部分零件間距較小，縮小了壓縮機整體尺寸。

（3）離心式壓縮機降低了零件受損率，生產工作過程中可保障平穩可靠運轉。在企業內部便可以完成相關零件的維修，十分方便。

（4）經離心式壓縮機完成壓縮的氣體，氣質潔凈度較高，整個壓縮過程沒有潤滑油等雜質的參與，保證了氣體潔凈不被污染。

（5）離心式壓縮機轉速較高，能廣泛應用于不同類型企業的各類車間。

（6）離心式壓縮機也存在一定使用弊端，例如，不適應于小流量、大壓比的加工情況下，工作完成效率較低。

（7）穩定工況范圍窄。

3 離心式壓縮機常見的機械故障

簡單來說，離心式壓縮機常見故障可以分為設計故障、制造故障、安裝故障、維修不當和操作不規范等方面。

（1）如果離心式壓縮機設計計算出現問題，準確度達不到使用要求。在生產過程中機器動態特性難以穩定，當工作轉速達到臨界轉速區時，無法使壓縮機達到設計的工作效率，進而增加熱膨脹量的計算難度。

（2）在工人安裝離心式壓縮機時，若對中位置不夠精準導致壓縮機不斷錯位，壓縮機內各個部件間隙沒有達到正常安裝標準，造成工作應力較大，安裝精確度降低，造成離心式壓縮機發生故障。

（3）在生產操作時規范使用是避免離心式壓縮機發生故障的關鍵因素。在設計的工況范圍內工作，能有效保障壓縮機使用壽命，避免運行點接近臨界轉速區。時刻關注壓縮機潤滑油系統的潤滑程度，發現操作不規范的問題應及時糾正，避免對壓縮機造成損傷。

4 離心式壓縮機的主要密封形式

離心式壓縮機端面密封主要有機械密封、浮環密封、油膜螺旋槽面密封、干氣密封和迷宮密封等密封形式。這些形式通常不會在密封系統中獨立存在，往往以組合形式協同工作[1]。

4.1 機械密封

在端面密封中使用頻率最高的是機械密封，機械密封受到密封面線速度的限制作用，屬于接觸型密封，主要出現在中低速離心式壓縮機中。機械密封在離心式壓縮機密封系統中有使用壽命較短、磨損較大、適用范圍較小等弊端。在日常操作使用中需要格外注意其液氣壓差的穩定情況，以及密封液是否充足。盡管如此，仍然無法完全避免部分密封液進入工藝介質，影響被壓縮氣體的純凈程度。

4.2 浮環密封

浮環密封通常在開車、停車時使用頻率較高，屬于非接觸密封。浮環密封在低轉速情況下，受重力影響較大且浮環直接接觸壓縮機主軸，對主軸存在磨損和破壞。這就要求縮短開、停車時的時間，以免影響主軸使用壽命。浮環密封主要適合高壓、高轉速的場合。

5 干氣密封

干氣密封在20世紀80年代已經被廣泛應用在離心式壓縮機干氣密封系統中。到目前為止，干氣密封在所有的密封系統中仍然是技術含量最高的密封形式。干氣密封和機械密封、浮環密封等其他密封形式相比，使用范圍廣泛，性能優越，在管線、煉油廠乃至石油化工等各種存在氣體運輸系統的行業都能夠投入使用。干氣密封作為非接觸式密封，可以避免Pv（活塞環隨接觸壓力P、平均速度v）值的控制，這在密封技術效果屬于質的飛躍。不僅大大降低了氣體密封的難度，還避免了傳統密封形式中密封潤滑油的不良影響，對密封系統的控制機制簡單化，徹底顛覆了傳統密封系統中油膜密封的地位。種種數據表明，干氣密封在各個領域已經得以廣泛應用。

5.1 干氣密封的優點

干氣密封和傳統密封形式相比，能耗較低，符合節能減排的國家政策，大大延長壓縮機的使用壽命，對離心式壓縮機的操作可靠性也有所提高。干氣密封避免了密封油的干擾和影響，減輕了離心式壓縮機的整體重量和空間所占面積。對生產工藝的效果提升產生積極作用，解決了密封油干擾工藝回路的難題。干氣密封系統的采購成本較高，但使用壽命較長，機器日常維護運轉的費用較為低廉，使得采用干氣密封系統的整體費用與其他密封系統相比，有很大程度的降低。

5.2 干氣密封使用中存在的問題

干氣密封系統最容易發生的故障是干氣泄漏。干氣密封投入使用的實際年限與廠家承諾的年限存在差距，每次拆機檢查都會發現干氣密封系統中動、靜環的磨損情況嚴重，兩次失效周期間隔較短且有越來越短的趨勢。在企業生產過程中容易出現離心式壓縮機帶病運行情況，對干氣密封系統頻繁檢修，不僅嚴重影響企業經濟效益，對于生產安全來說也存在較大隱患[2]。

5.3 干氣密封失效原因根源分析

發生干氣密封失效情況，主要是機械問題造成的。因為干氣密封所用的一氧化碳和天然氣屬于較為穩定的常見氣體，其氣體特性很難影響干氣密封系統使用效果。不僅如此，拆機檢查時高壓端密封受損情況嚴重，但是低壓端密封情況良好，種種跡象表明干氣密封失效主要是一種機械失效。

對離心式壓縮機整體檢修時發現，干氣密封失效往往伴隨著壓縮機高壓端密封腔和機組內出現大量黃褐色粉末，低壓端沒有出現這種粉末。這一現象可以初步得出結論：干氣密封失效的根本原因是介質中粉塵作用，引起干氣密封系統失效。

5.4 壓縮氣進入干氣密封的途徑

壓縮機高壓端密封腔內的大量黃褐色粉末主要有兩種來源途徑。

（1）密封氣過濾沒有達到標準，導致氣體過濾不夠干凈，影響壓縮機密封氣的阻擋效果，直接經由迷宮密封進入干氣密封高壓端和密封腔內。

（2）壓縮機缸內含粉塵的壓縮氣泄漏，也會導致干氣密封腔內出現這種現象。在離心式壓縮機干氣密封系統正常工作時，密封氣經過過濾，然后進入干氣密封腔。干氣密封腔內一部分氣體經過軸迷宮密封，對缸內泄漏的天然氣發揮阻止作用，避免其進入干氣密封腔引起壓縮機工作故障；另一部分氣體以密封介質的形式出現，經過干氣密封端面泄漏到一級泄漏管線內[3]。

5.5 干氣密封供氣系統的技術改進

（1）再次升高一級泄漏壓力。對離心式壓縮機干氣密封附屬系統進行壓差控制，改造高壓側密封的一級泄漏壓力，爭取讓腔內壓力達到預期變化趨勢。

（2）改進壓差調節系統。壓縮機缸內迷宮密封系統一旦受到破壞，系統的背壓迅速升高。要控制這種情況，首先應確保干氣密封腔內密封氣的壓力和流量隨之升高，只有這樣才能避免干氣密封腔內出現泄漏的壓縮介質。技術人員總結歸納維修數據，結合實際使用經驗發現，增加一個壓差調節閥在密封氣過濾器與干氣密封管線之間，對于密封氣進行動態調節控制，簡單改進壓差調節系統，實現干氣密封供氣系統的技術改進。

5.6 解決建議

技術人員研究離心式壓縮機干氣密封系統常見故障過程中發現，干氣密封系統的使用和維護需要各個環節的人員積極改變自身觀念，相互配合，解決干氣密封系統故障問題。

（1）設計人員設計干氣密封系統時，首先應考慮密封本體的選擇，重視附屬系統配置的合理性和材料的壽命周期。提高密封氣系統、壓縮機軸封齒輪搭配的合理性，在設計方案中合理使用雙向槽密封面，有效降低了干氣密封系統的故障發生率。

（2）關停壓縮機時，應重點關注排氣閥是否漏氣，閥門是否關閉嚴格等細節問題。避免壓縮機與排氣閥之間氣體較多，造成壓縮機出現反轉情況，引發干氣密封系統故障[4]。

（3）存放干氣密封系統時，堅決杜絕使用含油含脂的包裝紙，應將其放在潔凈的塑料袋中與干燥劑一起密封存儲。再次使用干氣密封系統時，先投運軸承氮氣運行30 min后啟動潤滑油系統，減少干氣密封系統零部件的摩擦損傷。

6 結語

解決分析離心式壓縮機干氣密封系統常見故障時，首先應對干氣密封的設計原理和基本框架結構做到了然于心，逐步深入探討其密封附屬系統的設計理念和材料使用壽命周期。從多個方面進行分析論證，在最短時間內找到最適用且效率最高的故障解決方案。