干气密封在离心压缩机中的使用及日常维护简述

刘健男(中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516000)

0 引言

200万吨/年催化重整装置设有背压式离心压缩机K201和凝汽式离心压缩机K202，两台大型机组使用的轴端密封均由约翰克兰公司制造。而近年来在K201干气密封系统中曾出现二级密封可能失效的情况，干气密封的运行情况直接影响着压缩机能否平稳运行，关系着整个装置的生产情况。但由于干气密封装入机组后，对其调整的手段相当有限，故应在日常操作，维护上更加精益求精，对关键点做好检测，记录，排查，才能尽量保证密封的高寿命，高可靠性。

1 干气密封介绍

1.1 干气密封的结构

在20世纪90年代初，干气密封开始应用于透平压缩机，其结构与机械密封相似，也是由动静环、弹簧、壳体、O 形圈等组成。所不同的是，干气密封动环端面上开有一圈沟槽，如图所示，由进入槽内的气体动压效应产生开启力，使动静环两端面之间产生微小的间隙，其间的泄漏量甚微。参见图1 所示的动环剖面。

图1 动环剖面图

1.2 材质

动环：硬质合金碳化钨，静环：石墨，型号：28AT 带中间迷宫密封的串联式干气密封。

1.3 工作原理

干气密封动环旋转时，密封气体被吸入动压槽内，由外径朝向中心，径向分量朝着密封堰流动。由于密封堰的节流作用，进入密封面的气体被压缩，气体压力升高。在该压力作用下，密封面被推开，流动的气体在两个密封面之间形成一层很薄的气膜，此气膜厚度一般在2～5μm。气体动力学研究表明，当干气密封两端面间的间隙在3μm 时，通过间隙的气体流动层最稳定。当气体静压力，弹簧力形成的闭合力与气膜反力相等时，便建立了稳定的平衡间隙。

1.4 一二级密封气流

主密封气以稍高于工艺介质压力进入一级密封的动静环，在动环上动压槽的增压作用下将动静环推开一稳定的间隙，同时在密封室形成稳定的密封压力。主密封气的90%进入机体与工艺介质混合，主密封泄漏气与二级密封气混合后，由一次气出口排至低压火炬，二级密封泄漏气与隔离气混合后，由二次泄漏气出口排至高点放空。参加图2所示密封气流状态。

图2 密封气流向

2 干气密封日常操作注意事项

2.1 开工阶段主密封气投用

装置检修后，在投用主密封气前，在机体前卡口，提前用氮气吹扫相关管线12h。同时在主密封气放火炬处卡口，工业风或氮气吹扫火炬系统12h，确保主密封气管道清洁，无杂质。机组跑油阶段：机组转子处于静止状态，先建立隔离气与二次密封气放大气差压(且＞10.3kPa)，方可允许启动润滑油系统，防止润滑油窜入干气密封系统。即先投用隔离氮气，再投用润滑油。

在机组启动前投用干气密封时，保证主密封气流量和压力(流量可比正常生产时低，压力要高于机体内压力)，避免长时间静止状态盘车。同时避免开机初期机组长期处于低转速下运转。在转速较低r＜1000rpm/min 状态下，动静环之间的动压效应不明显，可能导致密封面摩擦。

2.2 机组正常运行阶段监控点

监测一二级密封气流量、压力，过滤器差压(＜0.1MPa)，主密封气泄漏气流量、压力，和主密封气分液罐液位(液位在33%时电磁阀联锁打开排凝)。

2.3 紧急停工状态

目前K201，K202均使用重整自产氢气作为主密封气源，当出现紧急停工、自产氢气中断的情况下，要同时关注两台机组干气密封气源是否切换至N2，防止两台机组干气密封流量异常，造成干气密封系统波动。主密封气源跳至氮气后，控制阀将会跳至手动状态，及时调整至正常后投自动。

2.4 干气密封切换操作

2019年检修停工切换K202低压缸LP 和高压缸HP 主密封气H2至N2时，为切换平稳，通过赋予联锁压力仪表假信号的方式打开电磁阀进行手阀切换。但在LP 切换时，由于流量控制阀为手动状态，导致流量波动30～40NM3/H，压力波动10～20kPa。HP 切换时，流量控制阀为自动状态，流量压力波动很小。故建议以后切换时控制阀投自动状态，使干气密封处于稳定状态运行，减少可能带来的密封面摩擦。

3 干气密封日常监测点

3.1 润滑油污染密封

经常观察润滑油回油和轴承箱呼吸帽排空是否顺畅，若回油管路堵塞或轴承箱排空不畅，可能导致润滑油喷溅，密封进油，造成油气长期浸入静环，导致静环表面破损密封失效。监控回油视镜油质，若发现润滑油有轻微乳化带水情况，可能是汽轮机蒸汽漏入润滑油系统，润滑油需要在线脱水或更换润滑油提高油质。

3.2 对分液罐的操作和监控

目前K201/K202主密封气都用增压氢气经分液罐脱液后，再经自力式调节阀减压后做主密封气，在运行期间加强监控分液罐液位，若液位高于10%进行脱液，防止密封气带液；加强监控自力式调节阀后压力，若压力异常，联系仪表调至正常。

3.3 主密封气泄漏气放火炬

曾出现过低压火炬系统压力高，导致机组憋停事故。因主密封气泄漏气为小流量、低压力，放至火炬系统为有背压放空，异常工况下若火炬系统压力高，易造成主密封泄漏气压力升高、流量变小而联锁停机。可考虑技改成主密封泄漏气无背压放空。表1是主密封泄漏气联锁停机值。

表1 主密封泄漏气联锁停机值

3.4 定期检测密封气品质

在机组正常运行工况，定期在机体前细线排凝处采样并做理化分析，分析密封气及泄漏气的成分，从侧面监测干气密封运行状况，以保证密封气、隔离气的清洁干燥，延长密封使用寿命。

4 结语

离心压缩机干气密封是非常精密的设备部件，对运行工况和密封气源等的要求都十分苛刻。为保证干气密封在下一个检修周期前能够安全运行，仍需在日常生产中多观察，多研究影响密封运行的诸多因素，以使其处于最佳的工作状态，对保证装置的安全生产意义重大。