干气密封在3141氢气压缩机中的应用

[摘 要] 介绍了干气密封的的结构原理及特点，结合干气密封在大庆石化公司化工二厂3141氢气压缩机的成功应用，总结其在应用上的诸多优点，并提出了干气密封日常操作与维护上的注意事项。

[关键词]干气密封；氢气；压缩机；应用

中图分类号：TH45 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）33-0336-02

大庆石化公司化工二厂丁辛醇车间氢气压缩机组3141是丁醛加氢系统的核心设备，为单缸四级离心压缩机，驱动机为中压凝汽式透平，工作介质为循环气。

该机组于上个世纪八十年代初从英国引进，由戴维公司生产，工作转数8890rpm，设计出口压力0.58 MPa。机组转速高，压力高，连续运转，工艺介质氢气易燃易爆，危险性大，这就要求压缩机轴封可靠性高、寿命长。原密封型式为油密封，油系统提供高于介质压0.35MPa的密封油，通过对密封油的密封而完成对介质的密封。由于该机组的密封使用效果不理想，密封油内漏量较 大，造成输送的工艺介质带油，对生产造成不利的影响。为此，决定将氢压缩机3141改造为带梳齿串联的双端面干气密封。大庆石化公司化工二厂与成都一通密封有限公司经过几年的技术准备，将3141氢气压缩机的轴端密封由油密封改造为干气密封。

1 3141干气密封的原理

干气密封技术是20世纪60年代末期从气体动压轴承的基础上发展起来的一种新型非接触式密封技术。与其它密封相比，干气密封具有无可比拟的优越性。因此，在压缩机应用领域，干气密封正逐渐取代目前在用的传统密封方式，成为压缩机正常运转和操作可靠的重要元件。该密封利用流体动力学原理，通过在密封端面上开设动压槽而实现密封端面的非接触运行。该密封的结构与机械密封相似，不同之处是干气密封的动环组件配合表面上开有一系列特殊形状的螺旋槽（如图1所示），随着动环组件的旋转，螺旋槽里的气体被剪切从外缘流向中心，产生动压力，而密封堰对气体的流出有抑制作用，使得气体流动受阻，气体压力升高，这一升高的压力将挠性安装的静环与配对动环分开，当气体压力与弹簧恢复力平衡后，维持一最小间隙，形成气膜，密封工艺气体与动静环间互不接触，并且气膜具有良好的弹性。当由气体压力和弹簧力产生的闭合压力与气体 膜的开启压力相等时，便建立了稳定的平衡间隙（图1）。

2.3141氢压机改造方案

根据压缩机的工艺特点，3141氢气压缩机采用成都一通公司生产的串联式带中间梳齿的干气密封。干气密封结构见（图2）。

式干气密封由两套干气密封一前一后串联组成，前后两级干气密封之间设有中间梳齿。一级密封承受工艺的绝大部分压力，密封介质为循环气；二级密封承受很小的压力，密封介质为氮气。一级密封失效时二级密封可以承受全部系统压力，起到备用密封的作用。绝大部分缓冲气氮气通过中间梳齿汇合一级密封泄漏出来的微量氢气经一级泄漏口排向火炬。

干气密封设计，充分利用原密封的安装空间 和原密封腔与轴径尺寸，采用楔形环抱紧轴的驱动方式，解决了干气密封旋转件的驱动问题。

机组上原平衡管不做改动，将原密封油回油管线盲死，原密封油进油管作密封气进口，原油密封轴承侧的排气孔作为干气密封的隔离气人口。

3 干气密封监控系统

为密切监视干气密封系统的运行状况，确保压缩机的安全 平稳运行，每套干气密封都有与之相匹配的监测控制系统（见图3）。监测控制系统有氮气管网压力低报警、精过滤器压差高报警以及密封系统压差低即时报警并进入 DCS操作画面。干气密封监控系统对密封是否正常运行的监测 主要是通过对密封系统压差的监测进行的。密封系统压差过低，系统会发出报警，提醒操作人员检查控制系统压力是否在设计范围内；当压差达到低低报警以后，表明干气密封已经失效，压缩机需停车处理。

4 干气密封系统的运行维护

干气密封具有能耗低、泄漏量少、使用寿命长、运行稳定可靠、操作简单可靠、辅助系统简单、维护检修费用低、环保等优点，但运行维护中应注意以下几个问题：

（1）密封运行所需密封气一共有两路，一路由氮气管网引人，一路是由循环气引人，运行中要密切注意两路气体的压力，以维持干气密封的稳定运行。

（2）油运先送气，停气先停油。在开停车过程中，为防止油进人干气密封，务必遵循“油运先送气后送油，先停油后停气”的原则，压缩机油运及缸体冲压前必须给干气密封冲压，充气压力大于0.5Mpa。

（3）干气密封的密封气源必须是清洁干燥的，以免气源中液滴、颗粒进人密封面，对密封面造成损坏。清洁干燥的密封气源保证了密封的使用寿命，同时保证了干气密封处于最佳的性能。

（4）过滤器压差达到报警值时应及时切换过滤器，并更换滤芯。

（5）干气密封应避免反压。静态下的反向压力将导致泄漏量增大，动态下的反向压力将导致干气密封损坏。

5 改造后系统运行效果

在大庆石化化工二厂丁辛醇车间进行干气密封及控制系统的现场安装和工业运行。运行至今，3141氢气压缩机一直运转稳定。从近两年的运行实际情况来看，干气密封及其系统安全可靠，所有运行参数全部达到了设计的要求。

3141氢气压缩机干气密封使用后有以下的特点：

1）工艺介质氢气，不会直接泄漏到大气中。 做到了氢的零泄漏，彻底消除了氢气气的排放。

2）消除了密封油污染工艺气和油系统 的现象，设备自投用运行至今，油状况非常好。

3）设备运行非常稳定，操作方便，易于控制。减少了操作人员开车过程中的劳动强度和工作麻烦。

4）改造后没有因为密封出现问题而停机。

参考文献

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