降低增压机级间密封泄露技术的研究

解强(内蒙古黄陶勒盖煤炭有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 017313)

0 引言

空气压缩机组是空分装置的重要部分，它是一种用以压缩大气气体的动力设备，与水泵的构造是比较相似的。大多数空气压缩机是旋转螺杆，旋转叶片，或者往复活塞式。由热电工程提供的中压蒸汽动力是空气压缩机的动力主要来源，蒸汽动力通过汽轮机，再带动空压机和增压机，空气压缩机就可以正常工作了。当空气压缩机正常工作时，由空气过滤器吸入大气空气，然后经过进口导叶自动调节后，空气进入一级压缩，在大气经过一级压缩后，气体的温度会变得较高。然后需要对高温空气进行冷却，这就需要空气从一级压缩进入到中间冷却器，经冷却后的空气进入到压缩机的二级压缩系统，然后再由一级后冷器对从二级压缩器中出来的高温空气进行二次冷却，然后再把冷却好的空气排进排气主管道。

空气压缩机通常会将吸入的外部空气压缩至0.535MPa后送往空分装置。来自纯化器的干燥空气0.48MPa，经过增压机的程序加压以后，可以把过程分为三个主要部分，由增压机一段把全厂的使用空气和全工厂的仪表空气的大气抽出；然后增压机二段把空气抽出后，把空气送往空气分离装置—增压透平膨胀机；增压机三段负责把大气继续加压，然后再把加压后的高温大气分送到空分装置下塔参与精馏。

1 增压机级间密封泄漏的优化目标及内容

1.1 优化目标

空分系统所设计制氧量为28000Nm³/h，系统运行后后，氧气量最高只能达到26500m³/h；根据压缩机运行情况，对压缩机组进行性能测试；测试结果显示，增压机二段排气量不足，从而引起氧气产量的不足。因此确定了如何减少级间串气，减少气体损失，从而提高增压机的排气量作为本次的研发目标。

1.2 优化内容

改造机组级间、段间密封，用新设计的可接触碳环密封来替代原来使用的梳齿密封方式，并且更换级间密封，这样可以达到减少级间串气，以及减少损失气体的目的，这样不仅仅是提高了增压机的最大排气量，而且可以达到改变机组运行效率的目的。

2 增压机级间密封泄漏的优化过程

2.1 密封改进原理

MCO1404+3BCL457压缩机级间密封主要是用迷宫密封来实现，把很多很多个环形密封齿一次排列，设在转轴周围，密封齿与密封齿之间会形成很多很多的截流间隙和膨胀空腔，当被密封的介质在通过截流间隙和膨胀空腔的间隙时，外散速度会明显减弱，这就产生了节流效应，从而达到了密封和阻漏的目的。迷宫密封不需要润滑，迷宫密封没有固相摩擦，它特别适合于高速、高温和高压的环境，也是大尺寸密封的优先选择，迷宫密封是非接触密封。虽然迷宫密封漏的泄量会较大，但是如果采取抽气辅助的密封手段，再多多增加迷宫的级数，就完全可以把漏泄量减到非常小，但是如果想要完全不漏，是非常困难的。由于迷宫密封不需润滑，也不是接触密封，并且在转子和机壳间存在了很多间隙，并允许有高温高压、允许有热膨胀，并且特别适应高转速频率的场合，所以，燃气轮机、鼓风机、汽轮机和压缩机的轴端和级间的密封，都特别的适合使用这种密封形式，或者也可以把迷宫密封作为其他的动密封的前置密封。由上所述，如果把迷宫密封在压缩机的隔板轴孔处和各级叶轮进口圈外缘广泛应用，就可以达到减少各级气体回流的目的(图1)。一般用铝合金来制作迷宫密封，主要是因为铝合金这种材料比较软，可以大程度的避免轴套和叶轮的损坏。

为了避免密封体会因为过热膨胀后发生变形而发生抱轴事故，所以通常会将密封体做成一种L形卡台，然后用梳齿状来设计密封齿，最后，为了把密封体外环固定好，一定要使用沉头螺钉，一般是在上半隔板或者是机壳上，但是通常不能完全固定死。

对于有些尺寸比较大的密封体，可以根据需要进行切割，一般切割成两半或四半，但是一定要注意在切口处要留有一定的间隙，这样才可以满足热膨胀的要求。

图1 迷宫密封示意图

为了能够有效的进口流量，在离心式压缩机的工作叶轮通过叶轮做功后，绝大部分的大气会进入到扩压器中被继续扩压，但是，还是会有大气从隔板轴封和轮盖密封的叶轮出口被泄漏出去，形成漏气损失，实践证明，隔板轴封泄漏量大概是轮盖气封泄漏量的1/3左右，所以，隔板轴封泄漏量是比轮盖密封的泄漏量小很多的。但是，如果外部能量没有直接增加，那么隔板轴封泄漏量也只是有效的减少了工作叶轮的能量。通过改善叶轮的轮盖处的密封泄漏量，大大增加了工作叶轮的大气进口流量，但是新鲜的气体进入叶轮会相对的减少(图2)。

图2 改善叶轮轮盖处的密封，增加叶轮大气进口流量

在轮盖密封处不断循环得G1这股气流，在外界不断的提供机械功，但是，能量损失会使得叶轮大大增加耗机械功，影响了压缩机的效率。因此，提高离心压缩机效率的重要因素之一就是减少轮盖密封泄漏量。密封间隙与泄漏量情况见表1。

表1 密封间隙与泄漏量情况

由上表可知，一个不可忽视的问题—轮盖密封泄漏损失，由内漏引起了空气压缩机出现能耗高且达不到设计值。为什么系统负荷受到了很大的影响？主要是因为原有的梳齿密封间隙偏大，泄漏量变大造成的。

2.2 改造施工方案

(1)拆除增压机两端轴承各个进油口、回油口、排油烟口，并将各个拆除口用白布抱闸好，以免异物进入管道内部。

(2)将增压机与变速机之间的联轴器断开，使增压机脱落机组系统。汽轮机、空压机系统需手动间段盘车。

(3)要把密封胶涂在时联轴器护罩的结合面上，务必确保密封。要把增压机与变速机端连接两半联轴器护罩的销子和螺钉卸下，并且卸下上半罩体。

(4)对联轴器组件进行细致检查并拆卸组件，检查并拆除压缩机转自轴端轮毂备帽，使用专用工具吧加热轮毂取出，在测量原始定位尺寸后。

(5)把螺钉从固定轴承盖上拧下，垂直的把盖取出。把连接两半轴承的螺钉拧出，在轴承上部有螺纹孔，然后再拧上吊环螺钉，最后用航车吊出上半轴承。

(6)拆除增压机筒体两端的盲盖的各个螺栓，后将两端盲盖取下。

(7)抽出增压机内机芯(上下隔板、叶轮)，放置在空旷、干净的地面上，松掉上下隔板的合并紧固螺栓、轴向合并紧固螺栓，上下隔板分开后，取出叶轮。

(8)一定要认真的检查密封内组件的质量完好状况，以及组配时的压缩量，要配合厂家技术人员，交流沟通，及时的解体更换级间、段间密封组件。

(9)各个密封更换完后，现场回装隔板组件、叶轮，装回压盖定位卡片及紧固螺栓和轴套轴向定位卡环。

(10)将组装好的增压机机芯组件(隔板密封、叶轮)吊起，回装至增压机筒体内。

(11)回装增压机两端盲盖，逐个回装各个螺栓。回装机组轴承腔体、推力、支撑轴承及各个润滑油管道、排油烟管道等。

(12)联系仪表人员，回装各个仪表探头线。

3 结语

密封的优化提高了压缩机的工作效率，总进气量提高了1000Nm³/h以上，系统氧气提取率为75%，为企业和公司大大减少了成本。