影响干气密封长周期运行的分析1

影响干气密封长周期运行的分析前言独山子石化公司炼油厂拥有相当数量的大型离心式压缩机，压缩机在运行期间存在密封泄漏问题，由于压缩机输送介质基本都是有毒或易燃易爆气体，因此必须彻底消除压缩机密封泄漏问题。

我厂对压缩机密封系统进行过多次改造，主要经历过浮环密封和油膜螺旋槽+浮环密封的改造过程，由于这些密封方式操作弹性小，控制难度大，容易发生泄漏，维护费用高，因此从2000年开始我厂陆续在催化装置气压机组压缩机、焦化富气压缩机组压缩机、加氢裂化循环氢压缩机组及重整循环氢压缩机组压缩机上使用干气密封，逐步解决了离心式压缩机密封泄漏的问题。

干气密封系统在使用过程中出现了各种各样的问题，影响机组的安全平稳运行，我厂根据厂家提供的干气密封维护手册，通过日常维护经验的积累总结，对干气密封出现的常见故障进行认真分析，采取针对性的处理措施，有力的保证了我厂关键机组的长周期运行。

1. 干气密封简介1.1干气密封原理干气密封实际上是一种润滑气膜流体的动、静环结合型非接触式机械密封与气体阻塞密封的有机结合，主要应用于石油化工行业的离心压缩机等旋转机械。

动环密封面经过研磨、抛光处理，并在其上面加工出有特殊作用的螺旋槽，螺旋槽深度在2.5～10μm之间（如图1）。

螺旋槽的型线有对数螺旋线和阿基米德线两种，前者为内外圆等槽角螺旋线；后者为边槽角螺旋线，干气密封的螺旋线通常采用对数螺旋线。

当动环随着机体运转时，流体被泵入螺旋槽的根部，在密封的端面上就会形成气膜，从而使动静环脱离，在密封两个配对的端面产生大约3μm的间隙，气体压力和弹簧力与开放力配合，使气膜具有良好的弹性即高气膜刚度，不但可以防止密封面之间相互接触，而且可以在此环面形成密封屏障阻止介质流动，达到密封的目的。

干气密封具有泄漏量少、磨损小、寿命长、能耗低、操作简单可靠、维护方便、被密封的流体不受油污染等特点。

1.2干气密封的结构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，配合表面的平面度和光洁度很高，动环组件配合表面上有一系列的螺旋槽。

干气密封的操作极限与密封各个元件的许用载荷有关，温度和压力极限由所用的辅助密封橡胶和端面材料决定，使用的端面材料对干气密封的工作起着决定性的作用。

端面材料组对的选择与压力、轴径和转速有关，通常密封面（动环与静环）有两种组对方式，即硬对软材料组对和硬对硬材料组对。

硬对软材料组对静环常用高硬度浸锑石墨，动环采用碳化硅；硬对硬材料组对静环和动环通常采用碳化硅表面喷涂金刚砂，对于辅助密封最重要的特性是温度极限，常用材料为：氢化晴胶氟胶、全氟橡胶，具体根据密封腔介质特性情况选取。

1.3干气密封的动力平衡气体密封力的平衡就是流体静力和流体动力的平衡。

在介质压力存在时，作用于密封上的力是流体静力，并在动、静环两侧同时存在。

流体动力只有在转动时才能形成。

动环上的螺旋形浅槽起着重要作用，它靠旋转得到一个收敛的密封间隙，螺旋槽设计成与机组转向相反的旋转方向，当机组转动时气体进入沟槽，被引入中心被压缩的同时遇到密封堰的阻拦，因压力增大而推开挠性定位的静环即形成有一定刚度的气膜。

密封运转时的流体静力是轴向方向的力（如图2），开启力Fo是系统压力加上穿过密封面的压力降；而封闭力Fc是施加在静环后面的系统压力加上弹簧力。

当Fc=Fo时，按所设计的密封间隙运转即可实现平衡。

图（1）螺旋槽结构图（2）密封力学平衡2. 干气密封的常见问题分析干气密封的运行状况受众多因素的影响，任何一个环节控制不好都会给干气密封的安全运行带来影响。

以下就我厂干气密封在实际运行中出现的问题进行分析，找出并实施相应的措施，确保干气密封的长周期安全运行。

2.1安装质量对密封的影响2004年7月我厂催化裂化装置富气压缩机（型号：2MCL457-8）密封改造为天津鼎铭生产的双端面干气螺旋槽密封，连续运行至2007年8月大修进行更换。

安装调试过程中，对干气密封进行试压发现密封出现泄漏现象，经过多次拆装，始终无法彻底消除密封泄漏问题，对所有安装参数进行核对发现：压缩机上、下盖密封面所涂抹密封胶存在缺陷，对密封胶彻底清除，重新进行安装调试，密封泄漏问题得到解决。

密封修复过程中轴套尺寸发生变化导致安装质量不符合要求。

2.2密封气特性对密封的影响我厂加氢裂化装置循环氢压缩机（型号：BCL406）密封采用约翰克兰公司生产的单端面两级串联式干气密封，一级密封是对压缩机输送介质与放火炬之间进行的密封，一级密封气采用机组出口来的氢气，一级密封的泄漏在排入火炬时受到泄漏控制系统的控制，具体如干气密封控制简图（3）图3 干气密封控制简图2005年1月13日，由于给加氢裂化装置供新氢的制氢装置的空冷故障，其所供氢气中断，加氢裂化装置被迫降量，靠本装置PSA（变压吸附）装置提纯的重整氢和低分气维持生产近7个小时。

在此期间，一级密封气的氢纯度降低，循环氢压缩机干气密封的漏气量随氢纯度的逐渐下降而增大，干气密封的漏气量由15 Nm3/h上升到32Nm3/h，漏气压力（带联锁，报警值0.14MPa）由0.035MPa 上升到0.123MPa。

说明干气密封主密封气纯度高低对干气密封的运行是有影响的。

缺图2.3密封气温度对密封的影响2005年6月15日，循环氢压缩机干气密封漏气量再次增大。

在调节过程中发现，由于天气原因，高分后空冷温度发生较大的波动，循环氢进机组温度降低，干气密封漏气压力的波动趋势与高分后空冷温度及循环氢进干气密封的温度波动几乎同步。

在将空冷后温度由57℃提至59℃，并启用干气密封系统的电加热器后，干气密封的漏气量及漏气压力迅速下降至正常水平，在空冷温度调节正常后，干气密封的运行状况也变得十分稳定。

此后发生几次同类的问题，采用上述方法后都得到了很好的解决。

缺图从以上事件可以看出，主密封气物理特性变化对干气密封运行功况带来严重影响，为此保证干气密封长期运行，密封气具备良好和稳定的特性十分必要。

2.4干气密封漏气后路火炬系统压力对密封的影响2.5辅助密封磨损密封差压波动2007年6月催化裂化装置富气压缩机主密封气与前置缓冲气差压出现波动（波动范围在50KPa 左右），正常运行条件下密封差压在270KPa以上，波动时密封差压最低达到220KPa，检查所有控制参数，均为发现异常。

在2007年8月装置停工大修期间，压缩机解检发现：主密封气与前置缓冲气之间的梳齿密封片磨损严重，该梳齿密封是对机体工艺介质与干气密封之间的隔离气封，当密封片磨损机体工艺介质漏量增加，引起隔离气压力逐渐上升，而主密封气压力相对平稳，因此密封差压出现波动。

该密封差压带联锁自保停机，因此该差压出现波动对机组的安全平稳带来影响。

2.6压缩机功况波动引起密封2006年5月催化裂化装置富气压缩机出口阀门误动作，导致气压机出口压力上升，正常运行该压力1.0MPa 左右，出口蝶阀误动作关闭后压力上升至1.3 MPa 左右，机组的轴位移发生剧烈变化通过对事件过程DCS历史趋势查询，发现干气密封系统密封差压变化，由285KPa下降至250KPa 左右，干气密封气（N2）流量也有发生变化。

由于处理及时没有导致干气密封出现严重损坏，在后期运行中也没有发现干气密封出现其他异常状况。

3. 干气密封长周期运行的相关措施3.1把握密封出厂及安装质量关干气密封系统出厂和安装质量对整个密封系统的长周期安全运行起到决定性的作用。

出厂质量由厂家把关，因为在密封加工、装箱、运输过程中的疏忽都有可能造成干气密封本身缺陷，因此必须要求密封生产厂家到现场指导安装，安装前对密封进行全面检查，尽可能保证密封本身达到制造标准，确保质量。

密封的安装质量受检修人员技术水平和企业管理水平的影响较大。

检修人员必须是该专业出类拔萃的技师，工作经验丰富，在安装过程必须保证密封腔的干净、干燥，我们可以通过用净化空气吹扫的办法，保证安装环境的清洁，同时作业人员必须穿戴干净手套，防止安装过程对密封面的污染。

对于单向旋转密封，密封的安装方向极为重要，出现安装错误造成动环反向旋转引起密封面损坏，导致整套密封失效报废，因此把握密封的出厂和安装质量关是决定密封能否长周期运行的先决条件。

3.2建立专用密封气源干气密封系统对主密封的气源要求很高，一方面要求密封气干净、干燥，另一方面就是要求密封气压力和流量稳定。

通常情况下要求密封气源不与其他工艺介质管线和蒸汽管线连接，防止连接隔离阀不严或者误操作导致出现介质互窜，影响密封气质量。

2006年我厂原料装置进行管线吹扫操作时，人为误操作导致蒸汽串入净化空气系统，一度影响干气密封系统的运行。

再就是为保证密封气干净、干燥，必须安装气源缓冲罐、粗过滤器、精过滤器，确保气源质量，保证干气密封长周期运行。

3.3严格执行操作规程干气密封的投用过程必须严格执行投用操作卡，防止投用过程出现错误，工艺介质、润滑油进入主密封面，损坏密封。

密封投用前主密封气和隔离气体引入密封通用隔离阀前，进行充分过滤脱水，防止机械杂质和凝液进入密封面，同时保证密封气的压力和流量稳定也非常重要，干气密封投用具体遵循原则如下：〔1〕机组润滑油循环前启用干气密封隔离气，防止润滑油进入密封端面，尤其硬对软材料组对的石墨静环，石墨遇水后软化损坏，导致密封失效。

〔2〕机组进气以前投用前置缓冲气，同样防止工艺介质中的机械杂质和凝液污染密封端面，导致密封面实效。

〔3〕机组启动之前投用主密封气，机组达到一定转速后形成一定厚度且有一定刚度气膜，保证密封的正常运行，必须避免密封面形成干磨。

3.3加强开机保护干气密封按照设计要求，动、静密封面要推开，必须满足最低转速要求，达到最低转速后引入螺旋槽密封气产生的压力才可将密封面推开，因此转速低于最低转速前密封的动、静环在补偿元件的作用下处于接触状态，因此在最低转速前运行时间越长，密封面的磨损也就越大。

为保证干气密封的长周期运行，机组应该避免长时间在最低转速运行。

机组在自动开机状态，第一暖机转速通常接受开机程序自行控制，可以快速、平稳通过低转速（1000rpm/min），同时在该转速范围内人为无法进行转速控制，直接升速暖机到1000rpm/min，因此通常情况下机组自动开机能够自动快速通过最低转速，有助于延长干气密封使用寿命。

3.4确保压缩机平稳运行压缩机运行功况影响干气密封密封效果，压缩机的出口压力变化影响密封环境的密封压力，压缩机出口压力变化也会导致压缩机工艺介质泄漏量发生变化。

同时压缩机功况变化，压缩机的压缩比变化，导致压缩机轴位移发生变化，轴位移变化引起密封面之间气膜变化，这种变化速度过快密封压力补偿元件来不及动作，可能引起密封干磨，在高转速条件下摩擦热得不到冷却，密封面烧毁导致密封系统失效。