石油和天然氣化工中壓縮機(jī)的干氣密封技術(shù)研究

趙彥女，李萍，鄭文艷，敬軍奇，王桂玉

（1.長慶油田分公司第二采氣廠神木天然氣處理廠， 陜西 榆林 719000）

（2.長慶油田分公司第二采氣廠作業(yè)七區(qū)， 陜西 榆林 719000）

在工藝中，輸送各種氣體常用設(shè)備是壓縮機(jī)，在石油和天然氣化工行業(yè)，各種氣體大多具有易燃、高壓等特點(diǎn)，因此對于這些氣體的輸送要求就更高，對壓縮機(jī)的設(shè)備要求也會比較高，因?yàn)閴嚎s機(jī)的重要作用，對壓縮機(jī)的密封要求很嚴(yán)格，要保證壓縮機(jī)的安全正常運(yùn)行，如果壓縮機(jī)出現(xiàn)問題，不僅要耗費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行維修，還會造成很大經(jīng)濟(jì)損失，對生產(chǎn)經(jīng)營非常不利。壓縮機(jī)的密封問題必須解決好。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，壓縮機(jī)密封技術(shù)也有很大發(fā)展，以前為了防止氣體泄漏，對于壓縮機(jī)的密封采用的都是軸端密封的裝置，如迷宮密封、浮環(huán)密封，還有雙端面密封等，石油和天然氣化工行業(yè)的氣體輸送要求更高，對密封技術(shù)的要求也更高。近年來，干氣密封技術(shù)的發(fā)展很受歡迎。干氣密封技術(shù)是一種非接觸式的、新型密封技術(shù)，它利用氣膜來潤滑端面，不僅功耗更低、成本更低，而且密封效果很好，轉(zhuǎn)速很快、壓力很高的環(huán)境中，也能有很好的應(yīng)用。

干氣密封技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，但在應(yīng)用中也會發(fā)生一些問題，容易出現(xiàn)故障，有必要對干氣密封技術(shù)的故障發(fā)生原因和降低故障發(fā)生的技術(shù)進(jìn)行研究，從而保證這項(xiàng)技術(shù)更好地使用，為壓縮機(jī)以及整個生產(chǎn)運(yùn)營順利進(jìn)行提供保障。

1 干氣密封的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

1.1 密封結(jié)構(gòu)

作為一種密封技術(shù)，干氣密封的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 干氣密封結(jié)構(gòu)圖

實(shí)際應(yīng)用中，動靜環(huán)上刻出的淺槽，最常用的形狀為螺旋槽，如圖2所示，還有圓弧槽、直線槽。

淺槽的類型還可以根據(jù)選裝的方向進(jìn)行分類，比如單向螺旋槽，就是只能沿著一個方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，不能長時(shí)間進(jìn)行反方向旋轉(zhuǎn)；T型槽，可以經(jīng)常進(jìn)行反轉(zhuǎn)。其中，單向的螺旋槽比較常用的，它的淺槽，在密封面上均勻分布，深度通常要小于10μm，但是如果在無要求的條件下進(jìn)行反轉(zhuǎn)，就會造成反方向的作用力，而受到損壞[5]。

1.2 干氣密封特點(diǎn)

干氣密封作為一種新型的密封技術(shù)，它具有以下一些優(yōu)點(diǎn)[6]：

（1）使用壽命長。因?yàn)檫@種技術(shù)屬于非接觸密封，依靠動靜環(huán)之間的具有壓力的氣膜進(jìn)行密封，動靜環(huán)的端面是被隔開了的，減少了相互之間的摩擦，也就減少了裝置的磨損，可以延長裝置的使用時(shí)間。

（2）消耗的功率低。因?yàn)閮蓚€端面之間只有一些氣體摩擦，并沒有其他的多余設(shè)備或者需要的輔助裝置，所以需要的能量很小，消耗的功率對于機(jī)械密封等技術(shù)而言，只有它們的5%左右。

（3）成本低。干氣密封技術(shù)因使用壽命長，維修費(fèi)用大大減少，而且功耗低，更加降低了成本，而且對于它的控制比較簡單，投資少。

（4）無污染。干氣密封技術(shù)使用的系統(tǒng)簡單，不存在油膜，對于設(shè)備和工藝介質(zhì)，基本是不存在污染問題的。

2 干氣密封泄漏問題

雖然干氣密封技術(shù)存在很多優(yōu)點(diǎn)，但這項(xiàng)技術(shù)也有比較高的失效率，總的來說，干氣密封泄漏的原因存在以下幾點(diǎn)：

（1）對于整個系統(tǒng)的最開始使用時(shí)存在一些問題。在使用干氣密封技術(shù)時(shí)，因?yàn)槭且揽繉怏w壓縮的壓力密封，所以就要考慮到壓縮氣體的壓力大小，如果壓力大小沒有設(shè)置好，容易造成密封時(shí)的氣壓不穩(wěn)定，影響系統(tǒng)運(yùn)行，就有可能導(dǎo)致密封的失效，在長時(shí)間的運(yùn)行之后，失效后的密封系統(tǒng)使輸送的氣體泄漏，進(jìn)入到密封腔，而其中會存在一些雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會對密封腔中的動靜環(huán)造成損害，更進(jìn)一步損壞了密封系統(tǒng)。

圖2 干氣密封密封內(nèi)部組件

（2）轉(zhuǎn)速存在較大的波動。由于受到溫度和壓力異常的影響，轉(zhuǎn)速在長時(shí)間運(yùn)行后會出現(xiàn)正常范圍外的波動，而這種波動，會造成動靜環(huán)在運(yùn)行過程中形成的氣膜的剛度發(fā)生變化，造成動靜環(huán)之間的異常接觸，從而產(chǎn)生磨損，造成密封失效，影響裝置的使用。

（3）壓縮機(jī)經(jīng)常進(jìn)行開停操作。在壓縮機(jī)剛開始進(jìn)行工作時(shí)，動靜環(huán)之間形成的氣膜還不很穩(wěn)定，容易產(chǎn)生動靜環(huán)之間的接觸摩擦，如果經(jīng)常性地進(jìn)行停機(jī)和開機(jī)的操作，這種磨損會變得很明顯，最終導(dǎo)致密封失效。

3 改進(jìn)措施

為保障干氣密封的長期有效性，針對干氣密封容易失效的缺陷點(diǎn)，實(shí)施一些改進(jìn)措施，以降低干氣密封失效的可能性。

為了保證在壓縮機(jī)剛開始開機(jī)工作時(shí)，干氣密封的動靜環(huán)之間能夠形成穩(wěn)定的具有足夠壓差的氣膜，可以設(shè)計(jì)一個氣罐和增壓器，采用氣罐中存儲的高壓氣體，在壓縮機(jī)剛開始轉(zhuǎn)速達(dá)不到形成穩(wěn)定氣膜的時(shí)候，自動提供高壓氣體，連接氣罐和干氣線，形成壓差，以形成穩(wěn)定的氣膜，還能夠防止一些具有雜質(zhì)的氣體進(jìn)入密封腔。另外對于密封圈材料的選擇，換成能夠耐腐蝕的材料，防止在運(yùn)行過程中因密封圈的老化或腐蝕造成密封失效。

對于干氣密封的控制系統(tǒng)，進(jìn)行一定的設(shè)計(jì)改造，為了避免壓縮機(jī)經(jīng)常進(jìn)行停機(jī)和開機(jī)操作造成干氣密封的動靜環(huán)磨損，改造控制系統(tǒng)，減少因?yàn)橄到y(tǒng)死機(jī)造成的意外停機(jī)。另一方面，為了減少壓力波動造成的氣膜剛度的變化，通過設(shè)計(jì)，將干氣密封的排氣管線進(jìn)行改造，避免因?yàn)槠渌臍怏w造成的波動，專門設(shè)置干氣密封的排氣管線。在干氣管線上，設(shè)置能夠排液的裝置和伴熱帶，一方面防止干氣管線上出現(xiàn)冷凝，另一方面可以在干氣發(fā)生帶液的情況下及時(shí)進(jìn)行排液。對于壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速問題，采用調(diào)速器，對控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證轉(zhuǎn)速始終處于正常范圍內(nèi)。

4 改進(jìn)效果

在對干氣密封進(jìn)行改造前，因?yàn)楦蓺饷芊獯嬖谝欢ǖ男孤?，必須進(jìn)行檢修，檢修就會造成停產(chǎn)損失，同時(shí)發(fā)生檢修費(fèi)用、材料費(fèi)用以及人工進(jìn)行檢查和修理的費(fèi)用，不僅浪費(fèi)了時(shí)間，還損失了材料和產(chǎn)量。在對干氣密封進(jìn)行改造后，檢修的費(fèi)用和損失大大降低，壓縮機(jī)的干氣密封，能夠有效平穩(wěn)地使用3年甚至更長時(shí)間，相對于改造之前，為企業(yè)節(jié)約了很大的成本費(fèi)用，每年可以減少近千萬的支出。

5 結(jié)論

對于目前壓縮機(jī)的密封而言，采用新型干氣密封技術(shù)，并對其存在的一些失效問題進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，針對選材結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，有效地降低了密封失效可能性，保證了干氣密封的可靠性，延長了干氣密封的使用壽命，為企業(yè)節(jié)省了大量因密封失效二產(chǎn)生的支出，產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟(jì)效益，改造效果非常明顯。

◆參考文獻(xiàn)

[1] 沈登海，劉小明，王澤平，等. 管道天然氣離心壓縮機(jī)干氣密封國產(chǎn)化研制[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2020，41(2)：39-46+7.

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