干氣密封應(yīng)用中故障及對(duì)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(jīng)濟(jì)性，干氣密封獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。干氣密封是離心壓縮機(jī)中使用最多的軸端密封型式，其運(yùn)行的優(yōu)劣直接決定著壓縮機(jī)的能否正常工作。密封失效將會(huì)給日常的生產(chǎn)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至造成火災(zāi)，爆炸等嚴(yán)重的后果。因此，對(duì)干氣密封運(yùn)行中常見故障進(jìn)行分析，找到解決方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 干氣密封介紹

干運(yùn)轉(zhuǎn)、氣體潤滑、非接觸式機(jī)械端面密封簡(jiǎn)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(jiǎn)單可靠、維修量低、密封的流體不受油污染等特點(diǎn)。

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

干氣密封與機(jī)械密封的區(qū)別在于：干氣密封動(dòng)環(huán)端面開有氣體動(dòng)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(gè)端面間形成一個(gè)穩(wěn)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(huì)變差；間隙如果太小，則會(huì)使密封面發(fā)生接觸，導(dǎo)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(dòng)環(huán)的槽型

表1 單向槽與雙向槽的特性

干氣密封對(duì)氣源介質(zhì)要求較嚴(yán)格，使用干氣密封機(jī)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(gè)密封端面上、下游壓差為正壓差。另外，單向旋轉(zhuǎn)槽型不可反向旋轉(zhuǎn)。

開車時(shí)，應(yīng)先投后置隔離氣，再投軸承潤滑油。停車時(shí)，反之。

2 干氣密封故障及分析

在實(shí)際使用中，干氣密封會(huì)出現(xiàn)形形色色問題，下面就對(duì)常見的一些故障進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決方法。

2.1 靜壓或動(dòng)壓打開能力差

干氣密封分為靜壓和動(dòng)壓兩種狀態(tài)，在機(jī)組的開機(jī)階段，靜壓打開就是指當(dāng)壓縮機(jī)缸體內(nèi)達(dá)到一定的壓力時(shí)，動(dòng)環(huán)、靜環(huán)打開形成穩(wěn)定的氣膜，防止動(dòng)環(huán)、靜環(huán)干摩擦；運(yùn)行階段，動(dòng)壓打開就是指達(dá)到某運(yùn)行轉(zhuǎn)速時(shí)，干氣密封動(dòng)靜環(huán)之間分離，形成穩(wěn)定的氣膜。

目前國內(nèi)頂尖密封技術(shù)能夠達(dá)到0.6 m/s 時(shí)動(dòng)環(huán)、靜環(huán)打開，多數(shù)干氣密封都具備現(xiàn)場(chǎng)盤車或低速運(yùn)轉(zhuǎn)的需求。但對(duì)于早期的一些干氣密封，由于設(shè)計(jì)的槽型等結(jié)構(gòu)問題，建議開機(jī)前不要長時(shí)間進(jìn)行盤車，以防干氣密封長時(shí)間低速干磨擦導(dǎo)致?lián)p壞。同時(shí)建議增設(shè)開停機(jī)干氣密封系統(tǒng)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(jī)干氣密封故障

機(jī)組概況：30 萬噸合成氨氨壓機(jī)為國外進(jìn)口機(jī)組，干氣密封為隨主機(jī)配套的進(jìn)口干氣密封，投入運(yùn)行10 年來多次因干氣密封損壞導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)檢修，更換另一進(jìn)口供應(yīng)商生產(chǎn)的干氣密封后仍未得到明顯改善。

故障原因：該機(jī)組開車期間汽輪機(jī)暖機(jī)工況，開車時(shí)盤車24 h，停車時(shí)盤車48 h，長時(shí)間低速運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致干氣密封損壞。

處理措施：國產(chǎn)化密封重新調(diào)整了動(dòng)壓槽的設(shè)計(jì)參數(shù)，降低了密封端面的起伏速度，增設(shè)了一臺(tái)干氣密封增壓泵，同時(shí)優(yōu)化開機(jī)工況適當(dāng)減少了盤車時(shí)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(jī)安裝時(shí)中分面涂膠

涂膠這種問題在機(jī)組安裝或檢修時(shí)常常被忽略引起干封運(yùn)行時(shí)失效。對(duì)于中間剖分型機(jī)組在檢修后由于干氣密封氣腔附近沒有涂抹密封膠，導(dǎo)致干氣密封前后竄氣導(dǎo)致密封失效。

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

案例2：某公司MCL 富氣壓縮機(jī)干氣密封涂膠

機(jī)組概況：2015 年12 月某公司MCL 富氣壓縮機(jī)發(fā)生故障，進(jìn)行更換干氣密封。

故障經(jīng)過：安裝干氣密封后多次打靜壓不合格。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)由于是冬季施工，施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度低，造成密封膠固化大大加長，加上搶修要求時(shí)間緊，干氣密封在打靜壓過程中將涂抹的密封膠吹走，導(dǎo)致密封失效。

處理措施：按密封膠溫度要求，涂膠后進(jìn)行加熱保溫。

效果：密封一次安裝成功。

建議：密封安裝后，達(dá)到密封膠說明書要求的固化時(shí)間才可以打靜壓。

2.3 密封膠條損壞

現(xiàn)場(chǎng)正常安裝的條件下，密封膠條損壞的情況時(shí)有發(fā)生（圖2）。主要原因是由于密封區(qū)域缸體錯(cuò)口嚴(yán)重引起安裝時(shí)密封膠條損壞。對(duì)錯(cuò)口部位進(jìn)行處理即可。

2.4 機(jī)組反轉(zhuǎn)造成干氣密封損壞[1]

安裝時(shí)需要確認(rèn)好聯(lián)端與非聯(lián)端密封，防止裝反；工藝操作上，在機(jī)組停機(jī)過程中盡量避免反轉(zhuǎn)工況，特別針對(duì)單旋向槽型的設(shè)計(jì)，如螺旋槽等，反轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)靜環(huán)很容易損壞。因此也出現(xiàn)了很多雙旋向的槽型，如T 形、八形等，在容易發(fā)生反轉(zhuǎn)的機(jī)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(jī)干氣密封反轉(zhuǎn)造成干氣密封損壞

機(jī)組概況：ARGG 裝置富氣壓縮機(jī)組由背壓式汽輪機(jī)和離心式壓縮機(jī)組成，汽輪機(jī)生產(chǎn)廠家為美國ELLIOTT 公司，型號(hào)SNV-3，3 級(jí)葉片，轉(zhuǎn)速范圍3716～5574 r/min；壓縮機(jī)為沈鼓制造的離心式壓縮機(jī)，型號(hào)為2MCL806。

故障經(jīng)過：機(jī)組在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于振動(dòng)高造成聯(lián)鎖停機(jī)。由于壓縮機(jī)出口止回閥（自保閥)未關(guān)閉，出口電動(dòng)閥關(guān)閉不及時(shí)，機(jī)組反轉(zhuǎn)造成干氣密封損壞。

結(jié)合河南省的平原地勢(shì)、溫潤氣候以及良好的飼草條件，上莊鄉(xiāng)所選擇的舍飼飼養(yǎng)繁殖品種主要包括了小尾寒羊、無角道賽特、薩?？恕⒉柹窖虻绕贩N，這些品種首先適合于舍飼養(yǎng)殖，而且多品種羊群在優(yōu)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(yīng)提高至少10%。近年，上莊鄉(xiāng)舍飼養(yǎng)殖優(yōu)良品種羊群時(shí)也發(fā)現(xiàn)其比本地羊群的生長速度更快、飼養(yǎng)周期也相對(duì)較短，可有效提升經(jīng)濟(jì)效益，確保羊群后代的高繁殖率與優(yōu)良品質(zhì)。

處理措施：檢修出口自保閥，更換干氣密封。

建議：?jiǎn)蜗虿鄹蓺饷芊鈾C(jī)組在機(jī)組檢修時(shí)必須對(duì)機(jī)組出口單向閥進(jìn)行檢查，確保單向閥靈活好用，制定機(jī)組反轉(zhuǎn)應(yīng)急預(yù)案并做好演練。

2.5 干氣密封管路故障導(dǎo)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(chǎn)品介質(zhì)和軸承油。在安裝過程中要對(duì)密封的氣管路進(jìn)行酸洗、鈍化、吹掃，確保干氣密封系統(tǒng)清潔，為干氣密封安全運(yùn)行提供良好的條件。

（2）檢修時(shí)要重點(diǎn)檢查密封氣過濾網(wǎng)，并對(duì)干氣密封氣源管路進(jìn)行吹掃檢查，特別是對(duì)機(jī)組的平衡管重點(diǎn)做好檢查確認(rèn)。

案例4：富氣壓縮機(jī)干氣密封平衡管不暢造成干氣密封差壓聯(lián)鎖

機(jī)組概況：某公司富氣壓縮機(jī)原設(shè)計(jì)采用浮環(huán)密封，后改造為干氣密封。由于原機(jī)組沒有平衡管，利用原機(jī)組浮環(huán)密封回油管及液位計(jì)，改造為平衡管。

故障經(jīng)過：密封改造初期機(jī)組密封效果良好，運(yùn)行6 年后發(fā)現(xiàn)機(jī)組平衡管壓力逐漸增大，干氣密封差壓在減小。在檢查時(shí)只對(duì)前置密封迷宮密封進(jìn)行了更換，問題得到緩解，2017 年機(jī)組突然發(fā)生密封差壓低聯(lián)鎖停機(jī)。

處理措施：機(jī)組解體檢查，發(fā)現(xiàn)干氣密封沒有損壞，在對(duì)平衡管進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)平衡管到壓縮機(jī)入口管路已經(jīng)結(jié)垢堵死，對(duì)管線進(jìn)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(yùn)行正常。

2.6 機(jī)組開車時(shí)未先投后置密封隔離氣導(dǎo)致干氣密封失效

案例5：循環(huán)氫壓縮機(jī)干氣密封帶液造成干氣密封損壞機(jī)組概況：某公司循環(huán)氫壓縮機(jī)組。

故障經(jīng)過：裝置大檢修后開車時(shí)，干氣密封失效，經(jīng)檢查原因?yàn)闆]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(guī)程投用干氣密封。對(duì)策：增設(shè)干氣密封后置密封隔離氣的壓力為潤滑油泵啟動(dòng)聯(lián)鎖條件。

3 結(jié)束語

離心壓縮機(jī)干氣密封涉及到設(shè)計(jì)、制造、安裝、檢修、操作等諸多方面，必須高度重視，認(rèn)真細(xì)致工作，才能達(dá)到機(jī)組本質(zhì)安全，實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全、平穩(wěn)、長周期運(yùn)行。