離心式壓縮機干氣密封系統(tǒng)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(tǒng)常見故障發(fā)現(xiàn)，干氣密封系統(tǒng)的使用壽命與構成密封環(huán)境的附屬系統(tǒng)存在較大關聯(lián)。當干氣密封系統(tǒng)工作，其背壓產生變化時，密封系統(tǒng)及時完成動態(tài)跟隨，使得密封系統(tǒng)中的氣壓與背壓這兩種壓力持平，保持系統(tǒng)整體壓差的穩(wěn)定，進而保證干氣密封系統(tǒng)密封環(huán)境的穩(wěn)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(qū)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(xié)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(tǒng)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(shù)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(wěn)可靠運轉。在企業(yè)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(yè)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(wěn)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(guī)范等方面。

（1）如果離心式壓縮機設計計算出現(xiàn)問題，準確度達不到使用要求。在生產過程中機器動態(tài)特性難以穩(wěn)定，當工作轉速達到臨界轉速區(qū)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(fā)生故障。

（3）在生產操作時規(guī)范使用是避免離心式壓縮機發(fā)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(qū)。時刻關注壓縮機潤滑油系統(tǒng)的潤滑程度，發(fā)現(xiàn)操作不規(guī)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(huán)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(tǒng)中獨立存在，往往以組合形式協(xié)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(xiàn)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(tǒng)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(wěn)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(huán)密封

浮環(huán)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(huán)密封在低轉速情況下，受重力影響較大且浮環(huán)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(huán)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(tǒng)中。到目前為止，干氣密封在所有的密封系統(tǒng)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(huán)密封等其他密封形式相比，使用范圍廣泛，性能優(yōu)越，在管線、煉油廠乃至石油化工等各種存在氣體運輸系統(tǒng)的行業(yè)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(huán)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(tǒng)密封形式中密封潤滑油的不良影響，對密封系統(tǒng)的控制機制簡單化，徹底顛覆了傳統(tǒng)密封系統(tǒng)中油膜密封的地位。種種數(shù)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(yōu)點

干氣密封和傳統(tǒng)密封形式相比，能耗較低，符合節(jié)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(tǒng)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(tǒng)的整體費用與其他密封系統(tǒng)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(tǒng)最容易發(fā)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(fā)現(xiàn)干氣密封系統(tǒng)中動、靜環(huán)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(yè)生產過程中容易出現(xiàn)離心式壓縮機帶病運行情況，對干氣密封系統(tǒng)頻繁檢修，不僅嚴重影響企業(yè)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(fā)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(wěn)定的常見氣體，其氣體特性很難影響干氣密封系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)，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(xiàn)大量黃褐色粉末，低壓端沒有出現(xiàn)這種粉末。這一現(xiàn)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(tǒng)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(xiàn)這種現(xiàn)象。在離心式壓縮機干氣密封系統(tǒng)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(fā)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(xiàn)，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(tǒng)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(tǒng)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(jié)系統(tǒng)。壓縮機缸內迷宮密封系統(tǒng)一旦受到破壞，系統(tǒng)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(xiàn)泄漏的壓縮介質。技術人員總結歸納維修數(shù)據，結合實際使用經驗發(fā)現(xiàn)，增加一個壓差調節(jié)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(tài)調節(jié)控制，簡單改進壓差調節(jié)系統(tǒng)，實現(xiàn)干氣密封供氣系統(tǒng)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(tǒng)常見故障過程中發(fā)現(xiàn)，干氣密封系統(tǒng)的使用和維護需要各個環(huán)節(jié)的人員積極改變自身觀念，相互配合，解決干氣密封系統(tǒng)故障問題。

（1）設計人員設計干氣密封系統(tǒng)時，首先應考慮密封本體的選擇，重視附屬系統(tǒng)配置的合理性和材料的壽命周期。提高密封氣系統(tǒng)、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(tǒng)的故障發(fā)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(jié)問題。避免壓縮機與排氣閥之間氣體較多，造成壓縮機出現(xiàn)反轉情況，引發(fā)干氣密封系統(tǒng)故障[4]。

（3）存放干氣密封系統(tǒng)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(tǒng)時，先投運軸承氮氣運行30 min后啟動潤滑油系統(tǒng)，減少干氣密封系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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。