離心壓縮機(jī)軸端密封沖蝕問題分析與改進(jìn)研究

程少高

（大慶宏偉慶化石油化工有限公司，黑龍江 大慶 163400）

1 2MCL606 型壓縮機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2MCL606型離心式壓縮機(jī)其結(jié)構(gòu)為水平剖分式、兩段壓縮，共6級葉輪，高、低壓段各3級，葉輪為背靠背安裝。壓縮機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子及底座組成。定子包含：機(jī)殼、隔板、軸承、軸端密封、干氣密封等。轉(zhuǎn)子包含軸、葉輪、軸套、平衡盤和推力盤。富氣在壓縮機(jī)流道內(nèi)經(jīng)過兩段壓縮，一段壓縮后介質(zhì)經(jīng)管線外引，經(jīng)中間冷卻器和氣液分離器，返回二段入口再次壓縮。壓縮機(jī)密封采用軸端迷宮密封及雙端面干氣密封，各級間及平衡盤的密封均為迷宮密封。軸端密封體出廠時(shí)材質(zhì)為LD10鍛制鋁、鎂合金。

2 富氣壓縮機(jī)工作介質(zhì)組分

從表1介質(zhì)組分可以看出，富氣壓縮機(jī)工作介質(zhì)中含有水蒸汽、硫化氫、二氧化硫等成分。

表1 富氣組分

3 我公司2MCL606型壓縮機(jī)運(yùn)行基本情況

我公司2MCL606型壓縮機(jī)為2015年投產(chǎn)運(yùn)行，五年中進(jìn)行了4次檢修，每次裝置開車機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后，干氣密封高低壓端干氣流量逐漸上漲，高壓端流量最高由0.03m3/h漲至3.5m3/h，泄漏量增加不僅增加能耗，也影響了機(jī)組的正常運(yùn)行。

歷年拆檢查看氣壓機(jī)定子組件，都會發(fā)現(xiàn)軸端密封存在不同程度的損壞，如圖1、圖2。2016年檢修拆檢發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)軸端密封中分面嚴(yán)重腐蝕，基本失去密封效果。2017年，更換鋁、鎂合金為外殼，內(nèi)嵌耐腐蝕、耐磨的PEEK材質(zhì)的軸端密封，但同類情況仍然再次出現(xiàn)，只是問題開始出現(xiàn)時(shí)間相比推遲，拆檢后發(fā)現(xiàn)PEEK材質(zhì)的內(nèi)嵌套基本無損壞，外包的鋁、鎂合金材質(zhì)的殼體在固定螺釘孔處嚴(yán)重腐蝕。2018年仍沿用合金內(nèi)嵌PEEK材質(zhì)的軸端密封，只是在氣封體固定沉頭釘內(nèi)增加銅制密封墊,同時(shí)安裝時(shí)采用704密封膠對軸端密封的固定螺釘及中分面進(jìn)行填充，干氣密封泄漏量增加的問題未再次出現(xiàn)。

圖1 中分面損壞的合金材質(zhì)軸端密封

圖2 內(nèi)嵌PEEK材質(zhì)軸端密封損壞情況

4 結(jié)合2MCL606 型壓縮機(jī)歷年拆卸損壞情況分析問題原因

（1）根據(jù)軸端密封實(shí)際損壞情況，對腐蝕的因素分析。拆卸軸端密封發(fā)現(xiàn)有白色粉末狀物質(zhì)，經(jīng)化驗(yàn)分析，該物質(zhì)主要成分為鋁、鎂金屬的化合物，結(jié)合富氣成分所含的H2S、SO2及水蒸氣，具備形成酸的物質(zhì)條件，H2S、SO2與凝結(jié)水結(jié)合生成腐蝕性的酸，金屬鎂、鋁與酸反應(yīng)生成不穩(wěn)定的鹽，再發(fā)生雙水解等過程，最終生成白色Al(OH)3、Mg(OH)2等金屬化合物。過程式如下：

（2）結(jié)合軸端密封實(shí)際損壞情況，腐蝕并不是損壞的唯一原因。2017年以前軸端密封整體材質(zhì)均為鋁、鎂合金，而腐蝕位置主要集中在軸端密封的中分面固定螺釘孔處，且由孔處向周圍擴(kuò)散，此時(shí)確定鋁、鎂合金被腐蝕，2017年為防止介質(zhì)對鋁鎂合金的腐蝕，更換了價(jià)格偏高，內(nèi)嵌PEEK材質(zhì)、外殼仍為鋁、鎂合金的新型軸端密封，但此項(xiàng)改進(jìn)，只是在問題開始出現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)上有所延遲，問題并未根本解決。2018年軸端密封安裝時(shí)，固定螺釘上增加紫銅墊密封，并在固定螺釘安裝后填充密封膠進(jìn)一步密封，如圖3、圖4，沖蝕、腐蝕的問題基本得到控制，拆卸時(shí)只是在軸端密封與富氣接觸面存在微小的沖蝕。2019年更換價(jià)格更高，整體PEEK材質(zhì)的軸端密封，干氣密封泄漏問題未再出現(xiàn)，問題根本解決。

圖3 全PEEK材質(zhì)軸端密封加銅密封墊

圖4 全PEEK材質(zhì)軸端密封密封膠封堵

結(jié)合上述歷年檢修拆檢情況及采取措施，分析問題原因如下：

（1）鋁、鎂合金的軸端密封不耐腐蝕和沖蝕。

（2）軸端密封固定螺釘孔安裝螺釘后留有較小的中空腔體，螺釘安裝時(shí)未做密封處理，存在微小泄漏，為酸介質(zhì)形成提供了環(huán)境及空間。

（3）富氣中的蒸汽在流過中分面時(shí)在螺釘孔處形成擴(kuò)壓腔，增加泄漏富氣停留時(shí)間，蒸汽冷凝成水滴并吸收了富氣中的H2S、SO2，形成了少量酸，鋁、鎂合金的腐蝕開始發(fā)生，損壞的金屬表面不斷擴(kuò)大，集聚酸量增加，腐蝕加速，介質(zhì)泄漏量不斷增加。

（4）泄漏增加同時(shí)沖蝕不斷加大，介質(zhì)泄漏量增加使得不斷有新的酸形成，氣流加大，氣流通流的部位，增加沖蝕與腐蝕速率。

5 結(jié)語

富氣壓縮機(jī)軸端密封中分面因酸性物質(zhì)的腐蝕及泄漏介質(zhì)沖蝕，是密封損壞的主因。富氣中含有H2S、SO2等介質(zhì)時(shí)，壓縮機(jī)軸端密封不易采用鋁鎂合金材料。對于裝置檢修周期長，機(jī)組需連續(xù)運(yùn)行2年以上的裝置，軸端密封要采用耐腐蝕、抗沖蝕的高分子材料，我公司使用全PEEK材質(zhì)的軸端密封并在中分面進(jìn)行防泄漏處理，解決了富氣壓縮機(jī)組因軸端密封損壞不能長周期運(yùn)行的難題。