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1、离心式压缩机干气密封典型故障【案例背景】干气密封是20世纪60年代末在气体润滑轴承根底上开展起来的 一种新型产品。1968年约翰克兰公司最先研制出圆弧面螺旋槽非接 触式机械密封，随后几年内研制出平面螺旋槽非接触式气体端面密封 并在得到实际应用。80年代后期约翰克兰公司开始研制双向转动干 气密封。国内干气密封研制起步较晚，在1996年底,才有天津鼎铭密 封公司研制的第一套国产干气密封应用成功。随着石油化工行业的不 断开展，离心式压缩机组作为行业内的核心设备 ，对轴封的使用要求 也越来越严格，干气密封作为目前最先进的密封形式 ，得到了广泛的 应用。伴随着应用范围的逐渐增大，干气密封在使用过程中的故
2、障频 率也在不断增加，因此对干气密封在使用过程中出现的故障进行准确 的判断分析并采取有效的处理方法，防止故障的发生，显得更加重要。【案例描述】一、干气密封技术根本结构原理典型的干气密封结构包含有静环、动环组件旋转环、副密封“O 暠形圈、静密封、弹簧和弹簧座等零部件。静环位于不锈钢弹簧座内, 用副密封“O暠形圈密封。弹簧在密封无负荷状态下使静环与固定在 转子上的动环组件配合，如图1所示。静坏碳动环组件般质合金轴套 不锈钢弹羸座推坏 不锈钢0形圈 氧橡胶定位环PTFE锁紧套不锈钢干气密封结构示意要求动环组件和静环配合外表平面度和光洁度很高，动环组件配 合外表上有一系列的螺旋槽，如图2所示。动环组件
3、旋向图2动环结构示意随着转子转动，气体被向内泵送到螺旋槽的根部，根部以外的一段无槽区称为密封坝。密封坝对气体流动产生阻力作用，增加气体膜压力。该密封坝的内侧还有一系列的反向螺旋槽 ，这些反向螺旋槽起 着反向泵送、改善配合外表压力分布的作用，从而加大了开启静环与 动环组件间气隙的能力。反向螺旋槽的内侧还有一段密封坝，对气体流动产生阻力作用，增加气体膜压力。配合外表间的压力使静环外表 与动环组件脱离，保持一个很小的间隙，一般为3am左右。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，起到密封作用。这种机制将在静环和动环组件之间 产生一层稳定性相当高的气体薄
4、膜，使得在一般的动力运行条件下端 面能保持别离、不接触、不易磨损，延长了使用寿命。【案例分析】一、隔离气中断由于公用工程发生故障造成化工区装置全线停车。裂解气压缩机组为透平驱动 ，透平停 机后需要盘车冷却，润滑油泵需正常向透平及机组轴承部位供油。此 时氮气管网停止供气，干气密封隔离气发生中断。隔离气注入如图 3 所示。图占干气密封操作示意待公用工程故障处理完毕，机组重新启动运行，转速升至工作转 速后,密封一级泄漏量急剧增大，超过报警值，孔板前的压力仍有继续 增大趋势。将孔板旁路截止阀翻开到一定角度，将孔板前压力降至正 常,进行长时间观察。在观察一段时间后，孔板前压力未继续上升。但 拆检泄漏孔板
5、时发现上面存有石墨粉。随即停机检修、更换新干气密封，检修时发现非驱动端干气密封 壳体防转销已经剪断，而且发生了 90的相对转动，隔离气密封拆下 来后,腔体中发现大量动环 SiC、静环石墨的粉碎物并夹带大量润滑 油,传动套和轴已经发生相对转动。密封解体后发现一级密封动环产 生两处径向裂纹，静环端面有严重磨损痕迹，二级密封已经完全破碎 性损坏。如图4、图5所示。图4 损坏密封外形现场图5 损坏的二级密封现场驱动端干气密封现场解体，隔离气密封、二级密封端面、一级密 圭寸端面均发现大量油状物存在，同时,一级密圭寸、二级密圭寸端面有轻微 磨损。故障原因分析：隔离气中断，在机组盘车过程中，大量润滑油进入
6、干气密封。密封端面附有大量润滑油，机组投入运行后，低速运转时致 使密封端面产生初期磨损。当压缩机升速时，一级密封动环在摩擦热 应力作用下产生径向贯穿裂纹，导致通过裂纹的一级密封泄漏量突然 增大。由于一级密封动环端面产生裂纹，静环端面不断被磨损，产生的 石墨粉进入二级密圭寸腔体，大局部石墨随一级泄漏排出这就是在一 级泄漏孔板上面看见石墨粉的原因,其余石墨粉进入二级密封端面， 加剧了二级密圭寸端面的磨损。随着二级密圭寸端面的磨损加剧，动环最终也产生裂纹，干气密封彻底失效。机组停车时的冲击造成开裂的动 环散落,在二级密封腔内，动静环相互摩擦形成粉末，导致轴套和静环 座粘合在一起。采取措施:1增加干气
7、密封隔离气备用气源；2停机对干气密封 进行更换,并对干气密封系统管道进行检查和吹扫。二、机组喘振由于公用工程系统故障，导致裂解装置停车。故障处理完毕后 ， 裂解气压缩机复位启机，开始低速暖机，裂解炉开始投料。随后机组升 速进行高速暖机，暖机合格后，机组自动升速、穿越两个临界转速，达 到最小可调转速，低压缸振动值超过联锁值，造成机组停机。停机后机 组盘车发生卡涩现象，检查盘车器未见异常，对干气密封系统进行检 查,发现低压缸高、低压端一级泄漏孔板处均存有润滑油与黑色粉末 的混合物，判定低压缸干气密圭寸发生损坏，同时对中、高压缸干气密圭寸 一级泄漏孔板进行检查均发现存有润滑油。机组检修解体后发现低压
8、 缸径向轴承未见损伤，驱动端干气密封严重损坏，在二级密封外壳处 有金属融化物流出。如图6、图7所示。图6 金属融化物现场7损环的二级密圭寸现场故障原因分析：机组升速的过程中，由于裂解炉投料量及COT氐, 一段吸入压力快速下降，压缩机发生喘振，机组一段吸入压力下降到 OMPa以下,干气密封主密封气被大量吸入压缩机缸体内，只有少量密 封气进入一级密封，该干气密封结构无二级缓冲气注入，由一级密封 泄漏的密封气作为二级密封的密封气，导致二级密封密封气瞬间中断 二级密封发生干摩擦，造成密封损坏干气密封解体后二级密封损坏 最为严重。低压缸二级密封损坏后，由于缸体压力低，隔离气也流向压缩机 缸体,导致润滑油
9、进入干气密封中，润滑油排入一、二级密封泄漏管线。 低压缸一、二级密封泄漏管线与中压缸二级泄漏管线相连，中、高压缸密封一级泄漏管线相连，润滑油首先自排放线进入到中压缸干气密 封,随后进入到高压缸干气密封，经检查发现润滑油在中、高压缸干气 密封中留存量也是逐渐在减少。采取措施:1机组启机升速过程中，一段吸入流量一定要满足设 计要求。2控制好机组返回线阀门开度。3确认好机组吸入口火炬排 放线阀门开关情况。三、密封环浮动性化肥装置氨气压缩机采用双端面形式干气密，在正常运行半年时 间后，低压缸驱动端干气密封与高压缸驱动端干气密封泄漏量增大 ， 超过报警值。故障原因分析：该机组由于结构特殊，密圭寸腔空间狭
10、窄，在对机组 进行干气密封改造时，考虑到机组输送介质较干净，故未采用前置密 封缓冲气,靠主密封进气阻封工艺介质。由于无前置密封缓冲气，机组内未经过处理的气体与密封直接接 触，介质中小的杂质在干气密封中堆积，影响了密封的浮动性，造成密 封的泄漏量增大。随着运行时间累积，干气密封处堆积的杂质量越来 越多,干气密封的浮动性也越来越差，现场密封的泄漏量的变化也是 逐步上升而不是突然增大，与杂质引起浮动性差造成密封泄漏的现象 吻合。为兼顾密封的浮动性与密封性，干气密封浮动密封圈的过盈量非 常小,这就对密封圈的截面尺寸、金属件的尺寸要求非常高，其公差带 很小，细微的尺寸差异均可能造成密封的泄漏或浮动性差。
11、因为该部 位易出现杂质堆积，或“O暠形圈过盈量过大，或与“O暠形圈配合的 弹簧座外表粗造度不够，均能造成密封圈阻力变大，密封静环浮动性 变差,不能很好地追随动环，导致从密封端面的泄漏量加大。采取措施:1从压缩机出口引出一股工艺气，经过滤、限流后从原 密封油的污油排放口注入机组内，起到前置密封隔离气的作用，阻止 机组内未过滤的气体接触干气密封，从根本上解决因杂质影响浮动性 而造成的密封泄漏量超标的问题。2控制制造质量，提高浮动密封圈 等关键部位的加工精度，以保证密封的使用性能。【案例拓展】机组用干气密封故障失效的形式较多 ，本文不能够全面例举，广 大用户可以在日常的使用维护中，不断吸取行业内部的应用经验，正 确使用维护，保证机组的平安长周期运行，防止因机组停机所带来的 巨大经济损失。