乙二醇合成气压缩机干气密封故障处理

高明亮，张海永，陈永刚

（濮阳永金化工有限公司，河南濮阳 457004）

乙二醇合成气压缩机干气密封故障处理

高明亮，张海永，陈永刚

（濮阳永金化工有限公司，河南濮阳 457004）

干气密封在乙二醇合成气压缩机的应用，通过典型故障分析，给出使用过程中的注意事项。

乙二醇；合成循环气压缩机；干气密封；故障

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.09.30

0 前言

某年产20万t乙二醇装置合成气压缩机采用沈鼓DMCL804离心式压缩机，轴端密封采用双端面集装式干气密封，型号GCD02/L-190，密封设计压力0.4 MPa，设计温度100℃，设计最低转速800 r/min，设计最高转速11 000 r/min，盘车转速10 r/min，动平衡等级G 2.5，试验规范API617。该密封工作原理是流体静力和液体动力的平衡。动环材料是SIC，固定在轴上旋转，上有螺旋槽，槽深0.005～0.01 mm。与动环配合的静环的材料一般为石墨，静环背后有弹簧。螺旋槽设计成单向，流体通过动环与静环径向结合面的唯一通路实现密封。随着动环的旋转，密封表面的气体进入沟槽即被引入中心，被压力的同时遇到密封堰的阻挡，密封堰对气流产生阻力，因压增大而推开挠性定位的静环形成气体间隙（即气膜）间隙距离0.0025～0.005 mm，当弹簧的闭合力与液体气膜产生的开口力相等时，间隙建立，形成密封。干气密封结构见图1。

1 干气密封结构原理

如图1所示，DMCL804离心式压缩机轴端采用双端面干气密封，左侧是压缩机缸体，输送介质为合成循环气，右侧是大气侧，装有径向轴承。前置气（氮气）的作用是阻挡机壳内脏的介质气体窜入干气密封区域，污染密封；密封气（氮气）进入密封腔，静态下几乎没有泄漏，压缩机运转时微量密封气分别向介质侧和大气侧泄漏，泄漏量＜1 m3/h，介质侧泄漏气体（氮气）进入机组内部，大气侧端面泄漏气（氮气）安全排放；一部分隔离气（氮气）通过内侧迷宫泄漏、与主密封大气侧端面泄漏气混合后安全排放，另一部分通过外侧迷宫泄漏至轴承箱内，防止润滑油污染密封。

图1 干气密封结构

2 故障现象及原因分析

2.1 故障1

（1）故障现象。压缩机组启动后，第一次暖机1000 r/min时机组驱动端密封气开始出现流量，第二次暖机1800 r/min时该流量超过正常流量2倍左右，达到2.3 m3/h，机组转速过临界转速达到5000 r/min时，流量指示（FIA182）突然满量程。当班人员现场打开旁路阀，将FIA182流量控制在7～8 m3/h，以便于观察流量。控制室检查机组驱动端振动、轴承回油温度等参数正常。现场对密封气管线、连接法兰进行检查确认无泄漏。控制室观察密封气流量不断波动并上升，判断机械密封可能泄漏，有挽救的可能，当时正处于系统开车，经过多方判断，决定机组监视运行，不断调整机组运行状况，18 h后，密封气流量开始下降，根据流量下降幅度逐次关小旁路阀直至关闭，FIA182趋于平稳，流量指示1.2 m3/h左右。

后待停车机会，检查发现密封动静环均有一定程度的磨损。对该密封进行更换，同时更换密封气滤芯。

（2）原因分析。设备正常运行中，只有当机组通过临界转速后，密封气才出现流量，而开机暖机过程出现流量，说明干气密封出现故障，有异物进入机封，引起流量满量程。该异物强度不高，未能严重影响密封面，经过逐渐调整，异物离开或研磨消失，密封泄漏量虽然有一定增加，但仍能使用，未造成停机。

2.2 故障2

（1）故障现象。2016年11月系统停车大修时，更换了机组两端干气密封。由于检修期间没有气源，新干气密封安装后无法进行静压试验。11月28日有气源时，机械密封进行静压试验，出现以下情况：

①当压缩机缸体内没有压力时，驱动端和非驱动端密封均正常，未显示流量。

②当压缩机缸体内压力为0.15 MPa时，两侧密封显示正常。继续给气缸充压，当压力≥0.22 MPa时，驱动端密封气流量显示为6 m3/h，非驱动端为2 m3/h，手动盘车时驱动端进气流量表满量程，非驱动端流量在2～4 m3/h波动。

③拆卸干气密封，检查浮动量正常，检查发现动静环手动周向盘不动，解体检查清洗干气密封，动静环密封面无问题，窜量正常，盘车灵活后回装，当压力为0.15 MPa时，驱动端、非驱动端密封正常，当缸体压力升至0.22 MPa时，驱动端密封气流量6 m3/h左右，非驱动端密封气流量为2 m3/h左右，手动盘车时，驱动端流量表满量程，非驱动端在2～4 m3/h左右波动，问题未得到解决。

④现场拆卸检查驱动端使用拆下来的旧干气密封，动、静环有一定程度磨损，处理完毕后回装。再次对缸体充压后，实验情况正常。非驱动端干气密封未检查更换。

（2）原因分析。由于解体动静环密封面未发现问题，判断本次干气密封泄漏不是从该密封面出现的。

经过现场检查发现，静环内氟橡胶O形环的主要作用是保持静态下密封完好，同时在工作状态下特别是在工况波动动环轴向窜动的情况下，也要保证静环的跟随性，故其过盈量不大。对比新旧两套密封尺寸发现，新密封的O形环较旧密封O形环环径小0.08 mm，同时该密封设计温度100℃，而当时正值冬季，环境温度-10℃，O形环收缩，实际过盈量达不到使用要求，造成密封失效。

2.3 故障3

（1）故障现象。2017年2月5日，机组进行停机处理，机组电动盘车运行，氮气管网压力正常，干气密封各参数正常，缸体系统泄压至0.17 MPa。3 h后氮气管网因故中断，岗位人员投用备用氮气（钢瓶），因气量有限，不能保证机组干气密封用量，仅投用密封气，前置气与隔离气未投用。2月6日凌晨5时，岗位人员发现非驱动端密封气满量程。经现场检查调整，未能消除故障，确认干气密封损坏。

检修人员对压缩机非驱动端轴承进行解体检查，干气密封抽出后解体检查发现动静环磨损比较严重，表面有硬质颗粒造成的环形划痕，同时密封腔有静环粉末，造成密封失效。

（2）原因分析。

①密封氮气中断后，机组密封仅投用密封气，前置气未投用，压缩机缸体压力0.17 MPa，在未投用密封气或切换钢瓶过程中，造成反压，压缩机缸体合成气夹带硬质颗粒由前置气通道进入密封面，同时机组电动盘车运行，动静环磨损，造成密封失效。

②干气密封推荐的盘车转速是10 r/min，而蒸汽轮配套的盘车电机转速是19 r/min，因而在盘车过程中动静环有轻微磨损，而2017年1月由于乙二醇装置气源的不稳定性，机组一直处于准备开车阶段，累计盘车时间达1周左右，造成密封损伤。

3 结语

干气密封由于不需要密封油，避免了对工艺介质的污染，同时由于功率损失小，减少了维修工作量，在化工行业的透平式压缩机上广泛使用。针对例举的3次故障，在使用过程中特别是在开车过程中要采取以下措施。①定期检查压缩机组密封系统的压力表及流量计，发现指示不准及时更换。②注意停车期间和开车期间对密封的保护，特别要注意避免反压情况的出现，注意密封系统的清洁，定期检查过滤器，避免异物进入密封腔。异物进入密封腔、出现泄漏时，可以进行调整，尽可能延长密封寿命。③密封更换后，要及时投用密封气，检查静态下密封性能。④停车后连续盘车时间≤12 h，开机前连续盘车时间≤4 h。

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〔编辑 李 波〕