火炬气双螺杆压缩机干气密封系统原理及故障处理

李智

摘 要：文章介绍了双螺杆压缩机干气密封工作原理，结合在运行使用过程中出现的故障进行分析，提出解决方案，为快速消除故障拓展了思路。

关键词：双螺杆压缩机;干气密封;故障处理

1 绪论

泰州石化火炬气压缩机其中1台采用LG30/1.0螺杆压缩机，在工艺流程上主要作用是回收、输送排放火炬的火炬气。机组结构为单级、卧式、喷液式双螺杆压缩机组。机组参数：容积流量30 m3/min（入口状态）、吸气压力3.5KPa（G）、吸气温度40℃、排气温度≤85 ℃，排气压力1.0 MPa（G）、装置自2016年开工以来，运行一直较平穩，2019年1月出现一次干气密封故障，为此本文对故障原因展开分析，提出解决方案，为快速消除压缩机干气密封故障拓展思路。

2 干气密封原理

干气密封与机械密封的结构相似（如图1），有一对垂直于旋转轴线的端面（动静环）在补偿机构弹力的作用下，保持贴合并相对滑动，加之辅助密封的配合，从而达到防止泄漏的目的，端面表面上有几微米至十几微米深的沟槽，称流体动压槽。如图2。

图1 干气密封结构示意图图2干气密封端面简图

干气密封运行时，高速旋转的密封环将气体带入端面螺旋槽内，气体由外径朝中心运动，密封坝提供流动阻力，在槽根部形成局部的高压区，使端面分开，并形成一定厚度的气膜（一般为3微米）。当端面气膜形成的开启力与由弹簧和介质作用力形成的闭合力相等时，就形成了径向面之间的稳定间隙，从而实现了非接触运转。密封面间形成具有一定刚度的气膜，既保证了密封运转的稳定性，又对摩擦副起到润滑作用。[1]

当端面间隙减小，气膜压力会升高，开启力上升，闭合力小于开启力，迫使端面间隙加大，恢复到原来的平衡状态。反之，当端面间隙增大时，端面气膜压力下降，开启力减小，闭合力大于开启力，迫使端面彼此靠拢，间隙减小，恢复到原来的正常间隙。

3 干气密封系统故障

3.1 故障概况

火炬气压缩机的密封系统采用迷宫密封与干气密封组合的形式，为避免干气直接介质气体，在迷宫密封与干气密封之间充入洁净的氮气作为前置气，保证干气密封良好的工作环境;干气密封采用双端面结构，背靠背安装，包括2套动环，共用1套静环，同样采用氮气作为密封气，干气密封厂家推荐参数：主密封气压力0.6MPa，前置气压力0.4 MPa，压差0.2MPa。2019年1月4日，机组主密封气与前置气压差变小至0.15MPa，然后持续减小，15日达到0.06MPa，接近机组联锁值0.05 MPa。

3.2 故障分析

（1）密封气源压力波动。干气密封系统气源采用氮气，经过滤后，由两个调节阀调节压力，一路作为前置气，一路作为主密封气。前置气保证主密封工作环境的洁净，主密封气进入干气密封后，一级密封腔内的密封气经迷宫密封进入压缩机内部，二级密封腔内的密封气从轴承箱上的呼吸帽排出。若气源压力波动，则前置气与主密封气波动，实际情况压力稳定，排除了气源压力波动引起的故障。

（2）压缩机组振动。当机组位移距离或振动烈度过大时，端面间的气膜刚度差，加之密封补偿元件调整不及时，密封端面间隙不稳定，极易造成密封面磨损，引起主密封气泄漏量大，但从压缩机组监测来看，机组运行正常，振动情况良好，排除了机组振动引起的故障。

（3）主密封泄漏。主密封泄漏监测表为就地转子流量计，主密封泄漏是造成压差变小的最常见原因，但此时监测表流量指示<1Nm3/h，更换新的转子流量计指示依旧，可以说明主密封基本无泄漏，排除了因为主密封泄漏引起的故障。

在此需要说明的是密封气带液、干气密封安装旋向错误，都可能造成主密封的失效，但此时主密封无泄漏，所以这些原因不再考虑。

（4）平衡管堵塞。机组排端两组密封各有1套平衡管，连接密封腔和压缩机入口，作用是平衡腔回气。如果平衡管效果不好，高压气体无法通过平衡管返回入口，会造成的主密封气与前置气压差变小，从故障现象看，可能性很大。

（5）迷宫密封损坏。迷宫密封原理，当气体流过密封梳齿与轴表面构成的间隙时，气流受到了节流作用，气流的压力和温度下降。气体每经过一次间隙和两梳齿形成的空腔时，气流就受到一次扩容和节流作用，都会因为旋涡效应损失能量，使气体压力不断下降。

如果迷宫密封损坏，达不到对介质气的减压作用，高压的介质气会窜到一级密封端面。从现场压差表的前置气取压点来看，排放的全是高压介质气并非纯净的氮气，种种迹象表明迷宫密封损坏失效，是造成的主密封气与前置气压差变小的主因。

3.3 故障处理

机组停机检修，对比新的迷宫密封，发现迷宫密封的梳齿间隙已被黄白色杂质填满，连接平衡管的泄压小孔堵死，已经不起作用，验证了前面的推测，更换迷宫密封后试车，前置气与主密封压差恢复正常，调节至0.2MPa，机组运行平稳。

4 结语

通过对干气密封系统原理的介绍以及故障分析，并结合这次检修过程，在机组日常操作中必须控制好前置气的注入量，保证其压力大于介质气经迷宫密封减压后的压力，保证迷宫密封洁净，防止聚集杂质，延长机组运行时间。

参考文献：

[1]卢志国.单端面干气密封在火炬气螺杆压缩机上的应用[J].通用机械，2011，3：40-41.