柴油加氢装置循环氢压缩机干气密封故障分析与处理

2019-09-24董元亮张博强赵小阳孙德超栾硕

中国设备工程 2019年17期

董元亮，张博强，赵小阳，孙德超，栾硕

（沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁沈阳 110869）

1 干气密封的工作原理

干气密封一般由动环、静环、弹簧、O 型圈、弹簧座等组成。动环表面会精加工出均匀分布的一定数量的螺旋槽，槽深一般2.5～10 微米。动环随着主轴高速旋转过程中，密封气被周向泵送进螺旋槽内，由外径朝向中心，径向分量朝着密封坝流动，而密封坝节制气体流向中心，于是气体被压缩引起压力升高（图1），形成一层很薄的气膜一般3 微米左右，从而使密封实现非接触运转。

图1

该气膜具有一定的刚度，保证了密封运转的稳定性。正常运转条件下，干气密封弹簧和气体作用力（闭合力）等于气膜的作用力（开启力）。当密封系统受到干扰间隙减小，流体动压效应增强，气膜压力增大，开启力大于闭合力，为保持平衡，端面间隙自动增大直至平衡。如果扰动使间隙增大，端面的压力就会降低，闭合力大于开启力，端面间隙自动减小，达到新的平衡状态。

2 串联式干气密封的结构特点

干气密封的布置形式主要有：单端面，双端面及串联式干气密封。

单端面式：又称单级密封，主要用在低压、介质气无毒无害的工况，并不常见，在此不做详细介绍。

双端面式：双端面干气密封可以看作两套单级密封面对面布置结果。适用于允许少量阻封气进入缸体但不允许工艺气外泄的工况，主要应用于中低压压缩机（图2）。

图2

串联式干气密封：串联式干气密封适用于允许少量工艺气外泄的工况，广泛应用在中高压压缩机。一套串联式干气密封可看作由两套或多套干气密封按相同方向首位连接而成的，如下图。第一级干气密封承担全部或大部分的负荷，而二级密封作为备用密封，在一级密封失效时起到辅助安全密封的作用，其不承担压力降只起缓冲作用。隔离气作为第三级密封起备用密封和阻塞密封（封润滑油汽）作用，防止润滑油串到干气密封密内部污染摩擦副（图3）。

图3

3 故障分析及处理措施

江苏某炼油厂柴油装置循环氢压缩机选用约翰克兰的集装式带中间迷宫密封的串联式干气密封。压缩机于2015 年10 月投运生产。2016 年1 月4 日机组运行期间突然发生干气密封一级密封气泄漏压力联锁，机组停车。使用方在查看轴系及干气密封监测历史参数后认为是仪表误报联锁，同时考虑生产任务较重，于当天再次启动机组运行，各参数正常。1 月8 日凌晨，机组干气密封泄漏压力持续上涨且伴随波动，最后触发泄漏压力高高联锁停车，装置被迫停产检修。主机厂及干气密封厂家到现场对压缩机及干气密封进行拆检检查，发现干气密封动静环存在严重的磨损，同时静环O 型圈破裂。

结合压缩机拆检情况及运行期间压缩机轴系气路参数，排除压缩机故障和工艺参数剧烈波动造成的干气密封失效。打开干气密封聚结器及一级密封过滤器，发现存有少量的冷凝液，无颗粒性杂质。经多方分析，确定故障原因是由于冬季环境气温低导致主密封气带液进入密封面引发干气密封失效。

为避免再次出现类似事故发生，现场实施了以下改进措施：

（1）对压缩机出口至密封控制盘间管路及一级密封气进气管线增设伴热，防止因季节因素导致密封气带液。

（2）加强干气密封过滤器及聚结器的脱液频次，并严密关注过滤器差压。

（3）保证压缩机入口介质温度与设计值相符，入口分液罐及时脱液，并加强工艺气的露点温度化验分析，防止工艺气带液。

经本次整改，迄今为止压缩机干气密封没有再发生类似事故。