离心压缩机干气密封故障原因分析与处理

赵启辉

（神华宁夏煤业集团烯烃一分公司，宁夏 银川 750411）

1 情况介绍

宁煤集团煤基烯烃项目是宁东化工基地规划建设的重点项目，主要是由气化装置、四合一装置、MTP装置、聚丙烯装置、动力站装置和空分装置等组成的，总占地面积192 hm2，项目总投资约180 亿元。

丙烯压缩机组为德国西门子公司生产的三段离心式压缩机，低温甲醇洗装置与MTP置提供冷媒，是整个工艺流程中的核心关键设备。丙烯为易燃易爆介质，压缩机采用Flowserve公司生产的单旋向螺旋槽串联干气密封作为该离心压缩机的轴端密封，如图1所示。

2 现场问题与排查

2014年1月14日23：10分，丙烯压缩机组因蒸汽系统问题停车，经过约7 min时间机组转速降至0 rpm，在此时压缩机非驱动端干气密封首级密封气排放压力PT5204参数（黄线a606PT5204C）显示为10 kPa左右（图2），主密封排放压力PT5204触发排放压力低低联锁值，无法再次启动压缩机组。在二级密封进气流量相同的条件下，非驱动干气密封的一级排放压力为0.01 MPa，与驱动端 0.203 MPa相差较多，当压缩机停车时，驱动端干气密封各参数显示正常，此时一级排放的气体成分主要为二级进气。在保证驱动端和非驱动端干气密封二级供气流量均为25 kg/h，对干气密封一级排放口进行确认，非驱动端干气密封一级排放口基本无气体排出、二级排放口气体排放量约为驱动端干气密封二级密封气排放量的2倍。初步分析压缩机非驱动端干气密封已损坏。解体后发现，干气密封主要密封部件损坏严重（图3）。

图1 干气密封单级基本结构

图2 丙烯压缩机干气密封参数趋势

随后对机组转速趋势再次详细地进行检查发现停车过程出现机组转速 “降”“ 升”“降”3个过程，速度首次从2800 rpm降至0 rpm用时10 s、随后机组转速再次由0 rpm升到1300 rpm、随后压缩机组转速再由1300 rpm缓慢地降到0 rpm。整个过程转速从2800 rpm降至0 rpm、0 rpm升至1300 rpm、再从1300 rpm降至0 rpm合计用时7分2秒，同时压缩机防喘振阀门均出现多次动作，分析机组在停车时出现倒转。

3 螺旋槽干气密封工作原理与密封损坏原因分析

螺旋槽干气密封工作原理实际上是一种润滑气膜流体的动、静环结合型非接触式机械密封与气体阻塞密封的有机结合。动环为表面精加工出螺旋槽并研磨、抛光处理，槽深2.5 μm～10 μm，螺旋槽的型线有对数螺旋线。

静止状态时，动静环相对静止，静环在系统介质静压力和弹性元件弹力的合力作用下将静环紧贴在动环上，该合力成为动静环闭合力Fc。

在运行状态时，在动环旋转方向，清洁的气体流经逐步收缩的螺旋槽 （图5） ，在被压缩的同时受密封堰的阻碍，气体压力逐渐升高将动静环推开，称为开启力Fo （图6），成为流体动压力。

图3 干气密封解体零部件状态

图4 螺旋槽密封动环端面

图5 螺旋槽干气密封流体动压示意图

图6 干气密封动态受力图

机组在一定转速运行时，动静环闭合力Fc与动静环开启力Fo之间达到平衡状态，即Fo=Fc，在动静环之间形成具有一定厚度和刚性的气膜，实现稳定运行的非接触式密封。

但丙烯压缩机组停车过程存在倒转现象，此时因动环对气体泵效应无法形成，干气密封动静环开启力Fo趋近于0，动环与静环始终在动静环闭合力Fc作用下处于闭合状态，动静环间缺少足够刚度的气膜，直接摩擦出现损坏，造成干气密封泄漏。

4 处理措施

利用停车计划对压缩机出口止回阀进行维修，保证其在机组停车时不发生泄漏问题；将干气密封动环密封槽形式由螺旋槽改为T型槽，保证机组在正反向转动时动静环之间均能形成稳定的气膜，避免动静环直接接触磨损。改造后，机组运行至今再未出现过停车期间干气密封损坏的情况。

5 结语

本次干气密封动环密封槽改型彻底解决了压缩机停车过程因倒转造成机组干气密封损坏的问题，保证机组长周期稳定运行，减少机组干气密封故障的检修次数，为装置带来巨大的经济效益。