浅谈离心压缩机干气密封失效的主要原因及维护措施

【摘要】本文以两套MCL526/2BCL418型压缩机中干气密封为研究对象，对其出现的一些问题进行分析，并结合生产实际情况，总结出能够使干气密封系统安全平稳运行的措施和操作方法，旨在为保证干气密封的良好运行，延长干气密封的使用寿命提供借鉴。

【关键词】压缩机；主密封气；失效

在北I-2深冷、南八深冷装置中所使用的MCL526/2BCL418型离心压缩机均采用干气密封做为轴端密封。然而自装置投产以来因干气密封造成故障联锁停机22次，更换失效的干气密封8套，且对拆下的干气密封检查后发现密封面上均有不同程度的磨损。可见，离心压缩机干气密封能否发挥效用直接影响到深冷装置的平稳运行。因而，挖掘干气密封失效的原因，有针对性地采取有效维护措施，真正做到“对症下药”，业已成为天然气装置日常管理的重要内容。

1、干气密封概况

MCL526/2BCL418型离心压缩机采用单向螺旋槽干气密封。此类干气密封是一对机械密封，即流体通过动环和静环径向接合面上的唯一通路实现密封。动环和静环配合表面被研磨得非常光滑，硬质合金动环在其旋转平面上加工出一系列单向螺旋槽，随着转子转动，气体由外向内到螺旋槽的根部，根部无槽区称为密封坝，阻碍气体流动，产生压力，动环和静环分开动静环，形成稳定的气膜，使静环和动环间始终保持一个很小的间隙，形成机械端面不接触的密封。

2、干气密封失效的原因

2.1干气密封内进入液体导致密封失效压缩机运行时干气密封如果进入液体会导致密封失效，主要包括油渗入干气密封和烃类物质进入干气密封两种情况：前者是由于未能及时排除天然气处理装置中氮气发生器发生的故障，或隔离气供气压力低于油压时，油就会渗入到密封内，造成密封损坏；后者是由于主密封气气源组份重导致天然气处理装置中烃类物质进入密封面内破坏气膜，造成密封面之间干摩擦，进而损坏密封件。

2.2干气密封内进入固体杂质导致密封失效了进入固体杂质也是导致干气密封失效的重要因素，主要由如下三方面所导致：一是密封气体进入到密封前过滤不好，未经完全过滤的气体中杂质颗粒随气体进入密封腔后，会造成密封端面划伤，出现环形沟痕，严重时将导致密封失效，此外缓冲气、隔离气体的干燥、干净程度不达标也会缩短干气密封的使用寿命；二是拆装新管路时吹扫不彻底，附着在管线内壁的杂质，经气体不断冲刷随密封气进入密封组件，损坏密封；三是由于主密封气不足，压缩机缸体内部的工艺气体反串到干气密封中，工艺气体中夹带灰尘、杂质微粒导致密封损坏。

2.3密封面动静环干摩擦导致密封失效

2.3.1压缩机反转导致密封面干摩擦压缩机出口气体通过转子反向流动形成轴反转，会造成干气密封的动静环密封面间不能形成气膜，使密封面干摩擦继而烧损。反转是由于出口蓄存过高的压力气体势能所致。当压缩机停机后，驱动电机停止做功，正向驱动力消失，压缩机出口蓄存的高压气体流向低压区造成反转。此时不仅会损害设备本身，而且极易造成密封损坏、泄露。因为机组安装的是单向密封槽密封，轴在指定方向转动时，才能使动、静环密封面上形成刚性气膜，达到密封的目的。而反向旋转时则不能形成气膜，就会出现干摩擦。如果干气密封因意外原因在线速度大于5m/s的情况下反转运行，时间超过5分钟，就有可能出现干气密封损坏。

2.3.2干气密封低转速运行导致密封面干摩擦MCL526/2BCL418型离心压缩机干气密封动环平均线速度在2m/s时，会形成动压气膜使密封端面分开，从而大幅度降低密封端面间相对摩擦量，动静环基本没有什么摩擦，极大地延长了密封件使用寿命。倘若干气密封在较低速度下旋转时则不能在密封面上形成刚性气膜，所以技术上要求，不可以在转速低于1000r/min以下长时间运转。基于此，如果压缩机频繁启停便会对干气密封产生较大危害，极大地增加干气密封失效的风险。其原因在于装置停机或开车过程中都要对压缩机进行盘车，压缩机盘车时，轴转速只有16r/min（正常运行10344r/min），盘车转速过低，达不到形成的动压气膜的速度，会使动、静环密封面直接接触，导致磨损。

3、维护干气密封长期运行的主要措施

3.1防止干气密封内进入液体的措施

3.1.1避免密封内进入油类物质：为避免氮气气源压力过低，需将氮气发生器装置出口压力信号远传至中心控制室，增加低于0.4MPa报警提示，确保及时调整或排除故障。为防止在装置停运过程中油渗入干气密封内。要保证在压缩机停机时不能过早的关断隔离气，需在油泵停运后，且高位油箱的油完全退净，压缩机组回油看窗无油流时关闭隔离气供气阀。

3.1.2避免密封内进入烃类物质：将来自增压机出口分离器的干气密封气源管线上加装电伴热和保温，保持主密封气温度在20度以上，可以有效降低凝析液烃的产生。

3.2防止干气密封内进入固体杂质

3.2.1提高纯净度，保证密封气质量：主密封气过滤由两个粗过滤器、两个精过滤器并联组成，正常情况下各处于一开一备，连续过滤，过滤精度为1微米，以保证过滤后的气体能顺利通过密封端面而不会对端面造成损伤。运行时要记录好密封气过滤器压差，当压差升高时及时切换过滤器，并定时更换密封气过滤器的芯子，确保密封气质量。

3.2.2彻底清理气路内杂质：密封拆下后必须对管线进行吹扫。同时，在工程建设时要重点对各个密封气体管路进行彻底清理，冬季施工要清除掉冻结在管线内的杂质，防止运行时气路中的杂质进入密封内，损坏密封。

3.2.3保证充足的主密封气供给：主密封气启机前采用的是外输气管网干气压力为0.7MPa～1.0MPa，而高压缸主密封气压力要求为0.74MPa以上，因此，在压缩机启机后，应及时切换成增压机出口干气作为主密封气，其压力为3.6MPa～4.35MPa。另外，必须保证在工艺气进入压缩机气缸前先投主密封气，可防止工艺气夹带的杂质串入干气密封内，造成密封面损坏，密封失效。

3.3最大限度减少密封面干摩擦

3.3.1采取疏或堵的方式消除压缩机反转：疏，即在压缩机三级出口线加装紧急泄压阀，当压缩机停机时，可以将压缩机出口气通过紧急泄压阀泄放掉，进而避免因压缩机入口放空导致高压区气体流向低压区造成反转。堵，即在压缩机各级出口线上加装单流阀，当压缩机停机时单流阀可以阻止各级出口的高压气体反向流动，有效防止压缩机转子反转。实践证明，自2012年在压缩机一、二、三出口后加装单流阀后，经转速、振动及各级压力的历史趋势观察，至今压缩机停机再未出现反转现象。

3.3.2严格控制盘车时间和停机频次：在装置停机或开车过程中，对压缩机进行盘车是一项重要的设备维护措施。但由于盘车转速只有16r/min，为了减少对干气密封损害，盘车时间不得超过10分钟，并制定和切实贯彻标准化操作规程以及严格的监管、考核制度，确保操作人员严格执行操作规程。同时，装置运行过程中要尽最大可能减少停机频次，严格按照设备说明书和停机维护手册进行维护保养，对于突发性停机事件和故障停机，必须及时查找并彻底处理存在的全部问题，不得无故滞留便启机运行导致停机风险加大，从而确保最大限度减少干气密封由此造成磨损的机会。

参考文献

[1]王蕾.干气密封系统失效分析及运行维护探讨[J].化工管理，2013年11月

[2]张书波.离心压缩机干气密封系统泄漏的全面分析[J].设备管理与维修，2013年2月

崔秋丽，女，生于1969年8月，籍贯山东省招远市，高级技师，大庆油田有限责任公司技能专家，从事轻烃装置工作27年。