干氣密封壓縮機無氮氣條件下的試車探索

李秀東

（山東華魯恒升化工股份有限公司，山東 德州 253000）

干氣密封壓縮機無氮氣條件下的試車探索

李秀東

（山東華魯恒升化工股份有限公司，山東 德州 253000）

介紹干氣密封的原理，該廠在無氮氣情況下，用儀表空氣進行壓縮機單機試車的方案、效果。

干氣密封；壓縮機；氮氣；儀表空氣；試車

山東華魯恒升化工股份有限公司在新建項目中安裝了一臺B670－6.0／3.5型酯化循環(huán)壓縮機。這臺離心壓縮機組由西安陜鼓動力股份有限公司設計制作，進口流量667.5m3／min，進口壓力0.35MPa；出口壓力0.6MPa；工作轉(zhuǎn)速8 668r／min。壓縮機的軸端密封采用約翰克蘭科技（天津）有限公司生產(chǎn)的TM02A型串聯(lián)式干氣密封。干氣密封是離心壓縮機的一種新型密封。干氣密封可節(jié)省運行成本，避免不定期的維修以及產(chǎn)品污染（氣體被油污染、或者油被氣體污染）問題。因為沒有密封油系統(tǒng)，因此減少了總重量，節(jié)省了占地空間，同時停車時不需要放空，運行時耗功極小。

1 干氣密封原理

一般來講，典型的干氣密封包含有靜環(huán)、動環(huán)組件（旋轉(zhuǎn)環(huán)）、副密封O形圈、靜密封、彈簧和彈簧座（腔體）等零部件。靜環(huán)位于不銹鋼彈簧座內(nèi)，用副密封O形圈密封。彈簧在密封無負荷狀態(tài)下使靜環(huán)與固定在轉(zhuǎn)子上的動環(huán)組件配合，如圖1所示。

動環(huán)組件和靜環(huán)配合表面處的氣體徑向密封有其先進獨特之處。配合表面的平面度和光潔度很高，動環(huán)組件配合表面上有一系列的螺旋槽，如圖2所示。

圖1 干氣密封結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 螺旋槽

隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，氣體被向內(nèi)泵送到螺旋槽的根部，根部以外的一段無槽區(qū)稱為密封壩。密封壩對氣體流動產(chǎn)生阻力作用，增加氣體膜壓力。該密封壩的內(nèi)側(cè)還有一系列的反向螺旋槽，這些反向螺旋槽起著反向泵送、改善配合表面壓力分布的作用，從而加大開啟靜環(huán)與動環(huán)組件間氣隙的能力。反向螺旋槽的內(nèi)側(cè)還有一段密封壩，對氣體流動產(chǎn)生阻力作用，增加氣體膜壓力。配合表面間的壓力使靜環(huán)表面與動環(huán)組件脫離，保持一個很小的間隙，一般為3μm左右。當由氣體壓力和彈簧力產(chǎn)生的閉合壓力與氣體膜的開啟壓力相等時，便建立了穩(wěn)定的平衡間隙。

在動力平衡條件下，作用在密封上的力如圖3所示。

圖3 動力平衡條件下的壓力分布

閉合力Fc是氣體壓力和彈簧力的總和，開啟力Fo是由端面間的壓力分布對端面面積積分而形成的。在平衡條件下，F(xiàn)c＝Fo，運行間隙大約為3μm。

如果由于某種干擾使密封間隙減小，則端面間的壓力就會升高，這時，開啟力Fo大于閉合力Fc，端面間隙自動加大，直至平衡為止。如圖4所示。

圖4 間隙減小時的壓力分布情況

類似的，如果擾動使密封間隙增大，端面間的壓力就會降低，閉合力Fc大于開啟力Fo，端面間隙自動減小，密封會很快達到新的平衡狀態(tài)，見圖5。

圖5 間隙增大時的壓力分布情況

這種機制使靜環(huán)和動環(huán)組件之間產(chǎn)生一層穩(wěn)定性相當高的氣體薄膜，在一般的動力運行條件下端面能保持分離，不接觸、不易磨損，延長了使用壽命。

2 我公司開車時的實際情況

由于干氣密封的精密和潔凈度要求，一般干氣密封的安裝都是在管線吹掃干凈，主機空負荷試車完之后才進行，B670－6.0／3.5這臺機組的不同之處是，沒有設置試車密封。在油路沖洗循環(huán)合格，主機電氣儀表具備條件之后，進行了單機試車，各個監(jiān)控點的溫度、振動和位移均正常，不足之處是從干氣密封腔與變速箱之間的縫隙處往外飛濺潤滑油，并且出口管道也出現(xiàn)了油跡，所以單機試車只進行了20min就停機。當時，干氣密封要求的1.0MPa氮氣氣源還不具備，按照正常程序無法試車。

3 用儀表空氣試車情況

為了不耽誤工期，多次與干氣密封廠家——約翰克蘭科技（天津）有限公司溝通聯(lián)系，提出一些積極性的建議和方法，建議利用現(xiàn)場現(xiàn)有的0.45MPa的儀表空氣對壓縮機單機試車，該公司同意了這一方案。將正式的干氣密封裝置進行了安裝，調(diào)試合格后引入了0.45MPa的儀表空氣，經(jīng)過濾器過濾達到1μm的精度，對線路中的自勵式減壓閥進行了適當?shù)恼{(diào)整，按照約翰克蘭科技（天津）有限公司設計提供的現(xiàn)場控制盤，將壓力穩(wěn)定至0.45MPa后分為三路，其中一路作為主密封氣，經(jīng)流量計進入主密封腔，壓縮機運轉(zhuǎn)時，依靠刻在動環(huán)端面上螺旋槽的泵送作用，主密封氣打開密封端面，同時起潤滑、冷卻端面的作用，主密封氣正常消耗量為1m3／h；另一路作為緩沖氣，經(jīng)孔板限流后進入前置密封腔，進入前置密封腔體內(nèi)的氮氣主要是防止機內(nèi)介質(zhì)氣污染密封端面，音速孔板控制氮氣消耗量；第三路經(jīng)孔板限流后進入后置密封腔，進入后置密封腔體內(nèi)的氮氣，一部分經(jīng)內(nèi)側(cè)迷宮后與向外側(cè)泄漏的主密封氣混合，再引至室外放空，另一部分通過外側(cè)迷宮后經(jīng)軸承放空口放空，這部分氣體主要是防止?jié)櫥臀廴久芊舛嗣妫羲倏装蹇刂频獨庀牧俊?/p>

在調(diào)整設置完畢，開啟潤滑油系統(tǒng)，檢查各個監(jiān)控點正常后，開啟壓縮機，主密封氣消耗量在0.85～1.05m3／h之間，緩沖氣壓力指示0.03MPa，隔離氣壓力指示0.02kPa，經(jīng)過連續(xù)4h的機械試車，各個監(jiān)控點的溫度、振動和位移均正常，壓縮機小負荷試車工作取得圓滿成功。

這次試車工作，我們充分利用現(xiàn)場條件，在對干氣密封充分熟悉掌握的基礎(chǔ)上，勇于探索嘗試，提前完成了單機試車任務，為企業(yè)在激烈的市場競爭中贏得了時間，占得了先機，對于類似設備的安裝試車具有一定的借鑒價值。

Research of Operation Test for Dry Gas Seal Compressor Without Nitrogen

LIXiu－dong
（Shandong Hualu Hengsheng Chemical Co.，Ltd.，Dezhou Shandong 253000，China）

Introduce the principle of dry gas seal，and describe compressor single－equipment test program and the results using instrument air in the absence of nitrogen in the plant.

dry gas seal；compressor；nitrogen；instrument air；test

TH45

B

1003－6490（2012）05－0073－02

2012－06－19

李秀東 （1973－），男，山東陵縣人，工程師，在山東華魯恒升化工股份有限公司乙二醇車間工作。