離心式壓縮機(jī)潤滑與密封技術(shù)的探究

龔麒（南京誠志清潔能源有限公司，江蘇 南京 210047）

潤滑與密封性能是影響離心式壓縮機(jī)運(yùn)行質(zhì)量的關(guān)鍵因素，其中，潤滑性能主要受潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)情況的影響，即潤滑系統(tǒng)能否達(dá)到離心式壓縮機(jī)穩(wěn)定、長期運(yùn)行的要求，絕大部分取決于設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量。而密封性能主要受干氣密封故障的干擾，經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，離心式壓縮機(jī)運(yùn)行過程中干氣密封故障發(fā)生率較高，嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行效率。因此有必要對(duì)離心式壓縮機(jī)的潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)及干氣壓縮故障預(yù)防進(jìn)行重點(diǎn)分析。

1 離心式壓縮機(jī)潤滑系統(tǒng)

1.1 油箱設(shè)計(jì)

離心式壓縮機(jī)潤滑系統(tǒng)潤滑油全部存儲(chǔ)在油箱中，并完成脫氣、沉降、預(yù)熱處理。油箱設(shè)計(jì)要點(diǎn)有二，即容積選擇和自由面積設(shè)定。其中，容積選擇主要考慮管路和設(shè)備容積、潤滑油流動(dòng)損耗、油箱內(nèi)液面合理高度等，確保循環(huán)回的潤滑油在油箱內(nèi)停留足夠時(shí)間，可充分釋放內(nèi)部摻雜的煙氣[1]。而自由面積的合理選擇也可促進(jìn)煙氣釋放，避免其再次進(jìn)入到潤滑循環(huán)當(dāng)中。

離心式壓縮泵潤滑系統(tǒng)油箱為一種常壓容器，因此其材質(zhì)的選擇主要考慮剛度指標(biāo)。例如可安裝側(cè)板壓槽，或設(shè)置外部強(qiáng)化鋼筋提高油箱剛度，還可選用增加壁厚的方式。

1.2 油泵設(shè)計(jì)

1.2.1 油泵選型

常用油泵類型為離心式油泵和容積式油泵，二者各有優(yōu)勢(shì)，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇，在國內(nèi)離心式壓縮泵潤滑系統(tǒng)中，容積泵更為常見。容積泵的優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)溫度既定時(shí)，壓力對(duì)其輸出流量的干擾非常有限，若壓力值在0.2～0.3MPa，輸出量幾乎不變，有利于輸出流量控制。但容積泵運(yùn)行時(shí)易發(fā)生瞬時(shí)輸出壓力超出限定值的問題，且其必須配合自動(dòng)回流調(diào)節(jié)閥使用。

1.2.2 參數(shù)設(shè)計(jì)

油泵核心參數(shù)包括轉(zhuǎn)速、定額流量、輸出壓力和配電機(jī)功率。若選用容積泵，其轉(zhuǎn)速以1450r∕min為宜，若選用離心泵，則可將轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)為2900r∕min。以上方案能有效降低油泵運(yùn)轉(zhuǎn)噪音，延長油泵使用壽命。輸出壓力根據(jù)供油壓力和管路、設(shè)備的壓力損失確定，一般情況下，壓力閥的壓差不應(yīng)低于0.2MPa。適當(dāng)調(diào)低油泵出口壓力，可降低配電機(jī)功率要求，具體輸出壓力確定可預(yù)留0.2MPa 左右的波動(dòng)范圍。油泵定額容量的預(yù)留范圍一般為20%，避免預(yù)留量過大，導(dǎo)致出口調(diào)壓閥選型困難。配電機(jī)功率的選擇主要結(jié)合運(yùn)行溫度最低限、流量最高限、安全閥開閉壓力進(jìn)行選擇，若使用離心泵，還需考慮油泵自動(dòng)切換對(duì)配電機(jī)功率的要求。

1.3 過濾器設(shè)計(jì)

過濾器可保證潤滑系統(tǒng)中潤滑油的清潔程度，避免油膜遭破壞導(dǎo)致軸承受損。過濾器結(jié)構(gòu)簡單，主要包括濾芯帶骨架和濾芯不帶骨架兩種，其性能差異并不明顯。

過濾器的參數(shù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)在過濾精度和疏通能力的調(diào)節(jié)，另外還包括單位流通量設(shè)置、初始?jí)航翟O(shè)置、破壞壓差設(shè)置等，一般將過濾精度設(shè)置為10μm。此外，過濾器應(yīng)使用非金屬材料，避免其受損后金屬碎屑進(jìn)入潤滑油破壞軸承。

1.4 冷卻器設(shè)計(jì)

冷卻器帶走多余熱量，對(duì)潤滑油進(jìn)行降溫。冷卻器按照冷卻介質(zhì)不同，分為水冷式和空冷式兩種，若運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)條件允許，一般多選用水冷式冷卻器，該類型冷卻器體積小、換熱性能優(yōu)、前期投入低；若現(xiàn)場(chǎng)缺水則可選用空冷式。

換熱面積是冷卻器的核心參數(shù)，潤滑油進(jìn)出口溫度、換熱管內(nèi)徑、管材等均可能對(duì)換熱面積造成影響。給出如下冷卻器參數(shù)設(shè)計(jì)方案：（1）潤滑油進(jìn)出口溫度：若選用標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)潤滑油，要求進(jìn)出口溫度分別在65℃和45℃[2]。（2）冷卻水進(jìn)出口溫度：進(jìn)口溫度以32℃為宜，若為管殼式冷卻器，溫度可調(diào)高5℃左右，若為板式冷卻器，溫度可調(diào)高7℃左右。（3）換熱管內(nèi)徑：一般不得低于16mm。

2 離心式壓縮機(jī)干氣密封

2.1 常見干氣密封故障

2.1.1 固態(tài)雜質(zhì)混入

離心式壓縮機(jī)及干氣密封固態(tài)雜質(zhì)混入故障的誘發(fā)原因主要有三：一是密封氣過濾性能不佳，導(dǎo)致固態(tài)雜質(zhì)摻雜在密封氣內(nèi)進(jìn)入干氣密封，端面過渡摩擦受損，密封性能進(jìn)一步降低最終出現(xiàn)干氣密封故障。二是管道內(nèi)固態(tài)雜質(zhì)滯留，離心式壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，固態(tài)雜質(zhì)受氣流作用進(jìn)入干氣密封，導(dǎo)致故障發(fā)生。三是設(shè)備主密封氣壓不足，離心式壓縮機(jī)內(nèi)部工藝氣體被壓入干氣密封。工藝氣體中往往含有大量固態(tài)雜質(zhì)，導(dǎo)致干氣密封被破壞。

2.1.2 液態(tài)雜質(zhì)混入

液態(tài)雜質(zhì)混入故障原理為，液體進(jìn)入干氣密封，導(dǎo)致動(dòng)靜環(huán)穩(wěn)定氣膜形成受阻，端面直接接觸而引發(fā)干氣密封故障。結(jié)合以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，離心式壓縮機(jī)干氣密封液態(tài)雜質(zhì)混入故障主要分潤滑油混入和烴類物質(zhì)混入。其中，潤滑油混入可能為氮?dú)夤?yīng)失穩(wěn)、壓力降低或壓縮機(jī)內(nèi)部油壓超過隔離氣壓導(dǎo)致，使干氣密封失效。烴類物質(zhì)的混入也會(huì)破壞原本的密封效果，導(dǎo)致干氣密封故障，影響離心式壓縮機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

2.1.3 動(dòng)靜環(huán)干磨

若壓縮泵出口囤積較多高壓氣體，設(shè)備停運(yùn)后高壓氣體正向作用力消除，其反向作用力施加在電機(jī)上，導(dǎo)致電機(jī)逆向運(yùn)轉(zhuǎn)。由于離心式壓縮機(jī)內(nèi)部動(dòng)靜環(huán)設(shè)計(jì)為單向螺旋結(jié)構(gòu)，電機(jī)逆向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)并不會(huì)形成穩(wěn)定氣膜，導(dǎo)致各元件間直接接觸發(fā)生干磨，干氣密封受損。

2.2 干氣密封故障預(yù)防和處理措施

2.2.1 固態(tài)雜質(zhì)引發(fā)的故障處理

第一，適當(dāng)選擇、安裝過濾器，實(shí)時(shí)觀測(cè)過濾器壓差，及時(shí)進(jìn)行設(shè)備更換。密封氣過濾裝置應(yīng)常備備用設(shè)備。密封氣過濾裝置一般由粗過濾器和精過濾器構(gòu)成，綜合過濾精度可達(dá)到1μm，避免固態(tài)雜質(zhì)劃傷密封端面[3]。監(jiān)控過程中，若發(fā)現(xiàn)過濾器壓差高于合理范圍，應(yīng)及時(shí)啟動(dòng)備用設(shè)備，并更換過濾器濾芯。第二，離心式壓縮機(jī)系統(tǒng)正式投入使用之前，需對(duì)密封氣管路做徹底清理，清除內(nèi)部細(xì)微固態(tài)雜質(zhì)，避免雜質(zhì)進(jìn)入干氣密封。第三，主密封氣應(yīng)供應(yīng)穩(wěn)定、充足，主密封氣應(yīng)在工藝氣進(jìn)入壓縮機(jī)氣缸之前到位，要求將密封氣壓力控制在3.5～4.35MPa，防止工藝氣雜質(zhì)混入干氣密封。

2.2.2 液態(tài)雜質(zhì)引發(fā)的故障處理

潤滑油混入故障的防控主要應(yīng)避免氮?dú)夤?yīng)失穩(wěn)現(xiàn)象的出現(xiàn)，可在供氮出口加裝壓力檢測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)采集壓力值并傳輸至控制系統(tǒng)，若實(shí)際壓力達(dá)到臨界值，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，提醒操作人員對(duì)離心式壓縮機(jī)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，防止?jié)櫥瓦M(jìn)入干氣密封。壓力臨界值一般設(shè)置為0.4MPa。另外，隔離氣供氣閥的關(guān)閉應(yīng)在壓縮機(jī)關(guān)閉一段時(shí)間、高位油箱內(nèi)液面降低后進(jìn)行。

烴類物質(zhì)的預(yù)防可在干氣密封氣源管內(nèi)安裝電伴熱設(shè)備，加熱流經(jīng)的干氣，確保干氣密封的主密封氣溫度不低于20℃，從根源上減少烴類物質(zhì)的生成，預(yù)防液態(tài)雜質(zhì)混入干氣密封故障的發(fā)生。

2.2.3 動(dòng)靜環(huán)干磨引發(fā)的故障處理

動(dòng)靜環(huán)干磨故障防控措施有二。第一，安裝單向閥，將離心式壓縮機(jī)出口回路的高壓氣流截?cái)啵苊飧邏簹饬鞲蓴_離心壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，防止密封面干磨。第二，安裝泄壓閥，離心式壓縮機(jī)停止后，若其出口管線內(nèi)壓力超過既定值，泄壓閥自動(dòng)開啟，將高壓氣體部分排出。除以上措施，在日常工作中，合理開展盤車作業(yè)，嚴(yán)格控制盤車時(shí)間和轉(zhuǎn)速，避免破壞干氣密封。

3 結(jié)語

潤滑系統(tǒng)及干氣密封在離心式壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行中發(fā)揮出關(guān)鍵作用。潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)在油箱、油泵、過濾器和冷卻器的選型和參數(shù)設(shè)定，干氣密封故障排查則主要針對(duì)固態(tài)雜質(zhì)混入故障、液態(tài)雜質(zhì)混入故障和動(dòng)靜環(huán)干磨故障進(jìn)行。加強(qiáng)離心式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)安裝管理，并做好后期運(yùn)行維護(hù)，使其潤滑及密封性能始終保持在較高水平。