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    压缩机干气密封一级泄漏流量低原因分析及处理

    时间：2023-01-19 17:31:01来源：百花范文网本文已影响人

    赵 亮

    （中国石油大庆石化分公司化工一厂，黑龙江大庆 163000）

    干气密封是一种非接触端部密封，由动环、静环、弹簧、弹簧座、轴套、定位环等部件组成（图1）。它在动环的密封面上开有流体动压槽，当动环高速旋转时系统中洁净的气体进入动压槽，遇到密封坝后气体受压、压力升高产生间隙，在两端面间形成一层厚约3 μm 的气膜。气膜产生的推力将动静环推开，使密封端面不接触。气体动力学表明，当干气密封两端面的间隙在2～3 μm 时，通过间隙的气体流动层最为稳定。气膜有一定的刚度，当气体作用力和弹簧力形成的闭合力与气膜反力相等时气膜的刚度最为稳定，从而实现密封效果。动环密封面开槽形式主要有单向螺旋槽、双向螺旋槽两种形式（图2～图3）。

    图1 干气密封结构

    图2 单向螺旋槽形成气膜示意

    图3 双向螺旋槽形成气膜示意

    2.1 故障描述

    裂解气压缩机EC-1301 分为高压缸、中压缸、低压缸3 个缸体，每个缸体两侧轴端分别安装有一套串联式双端面干气密封，共计6 套密封。

    高压缸高压侧干气密封一级泄漏流量正常值为7 Nm3/h，二级泄漏气体中可燃气含量为0。2019 年9 月，一级泄漏流量开始出现逐渐降低趋势，2019 年11 月降至3.6 Nm3/h（报警值4 Nm3/h），2020 年2 月降至0，同时在二级泄漏管路中检测到可燃气含量为4%。通过增大二级密封气进气流量，保证一级泄漏流量不低于1 Nm3/h 运行。

    2.2 故障排查过程

    （1）排查一级密封气的进气流量，自开工运行至今稳定在150 Nm3/h 无变化，一级密封气与高压缸平衡管压差设定在0.1 MPa 无明显变化，同时压差调节阀阀位稳定在90%左右无明显变化。

    （2）排查二级密封气进气流量，自开工至今始终设定在7 Nm3/h，未发生变化。

    （3）排查二级密封气进气、一级泄漏管路流程，气密无泄漏，二级密封气注入正常，一级泄漏管路无泄漏。

    （4）排查工艺系统压缩机四段吸入压力、温度、流量，无明显变化。

    （5）排查火炬管网压力变化趋势，当火炬管网压力高升时高压侧一级泄漏流量降低，但压力恢复至正常值时泄漏流量不能恢复至原设定值，持续呈缓慢降低趋势。

    （6）拆检一级密封泄漏限流孔板，无堵塞情况。

    （7）将高压缸两侧二级泄漏管线活接拆开，用手直观感觉，高压侧泄漏流量比低压侧泄漏流量大，但未发现明显磨损碳粉，初步推测减少的一级密封泄漏流量通过二级密封泄漏排出。

    2.3 干气密封调整情况

    2019 年9 月至2020 年5 月，高压缸高压侧一级泄漏流量降低呈恶化趋势，3 次降低到0 Nm3/h，同时在二级泄漏管路中检测到可燃气体。操作人员相应地对二级密封进气流量做了4次调整，每次调整维持1 个月左右，一级泄漏流量再次降至接近0 Nm3/h。具体调整时间为：2019 年11 月28 日，由7 Nm3/h 提到8 Nm3/h；
    2020 年2 月26 日，由8 Nm3/h 提到10.5 Nm3/h；
    2020 年3 月17 日，由10.5 Nm3/h 提到12 Nm3/h；
    2020 年5 月1 日，由12 Nm3/h 提到13 Nm3/h。

    为确保一级泄漏流量在1 Nm3/h 以上、二级泄漏管路中无可燃气体，调整具体情况如图4 所示。

    图4 二级密封进气流量调整后一级泄漏流量变化趋势

    从以上变化趋势可以得出：在火炬背压不规则变化情况下，一级泄漏流量下降趋势并没有一个稳定速率，每次人为干预，提高二级密封气流量1 Nm3/h、一级泄漏流量增加0.9 Nm3/h，可以维持运行约1 个月，但运行状态在持续恶化。

    综合排查结果和调整参数变化，排除一级密封气流量变化、二级密封气流量变化、工况变化、一级泄漏孔板堵塞等因素，初步判断可能存在3 个原因。

    （1）高压缸高压侧二级密封泄漏量增大，导致一级泄漏流量降低。由于二级泄漏排放至大气，大气环境压力低于一级泄漏去火炬管网压力，所以一级泄漏气体优先通过二级密封泄漏至大气。以下3 种因素可能导致二级密封泄漏量增大：①动静环密封面磨损；
    ②静环浮动性差，导致密封面贴合性不好；
    ③静环浮动胶圈移位或变形，导致二级密封气未经过密封面，通过胶圈密封点处直接泄漏至大气。

    （2）一级泄漏排放孔被封堵，导致一级泄漏排放气体受阻，流通量降低。以下两种因素可能导致一级泄漏排放孔被封堵：①梳齿密封环移位，遮挡一级泄漏排放孔；
    ②介质中含有杂质，堵塞一级泄漏排放孔。

    （3）在缸体内部，干气密封管路的连接部位存在松动，泄漏气体，导致一级泄漏排放的气量降低。主要分为以下两种可能性：①二级密封进气为一级密封泄漏气量的主要来源，如果二级密封进气管路泄漏则一级泄漏流量会降低；
    ②在缸体内部的一级泄漏管路连接部位松动、存在泄漏，导致通过管路排放至火炬的气量降低。

    （1）拆检情况。机组停工检修，打开缸体发现干气密封一级泄漏排放孔被遮挡（图5）。进一步拆解密封内部结构，发现梳齿密封环发生周向转动，将一级泄漏排放孔封堵，影响一级泄漏气体排出（图6）。

    图5 一级泄漏排放孔被遮挡

    图6 拆检干气密封发现梳齿密封环偏移

    （2）原因确定。由于密封厂家的制造缺陷，梳齿密封环的定位槽开孔位置存在偏差，且槽宽过长，同时定位销钉被磨平，起不到定位作用，导致梳齿密封环发生周向转动，进而遮挡一级泄漏排放孔，导致一级泄漏流量降低。

    （1）本次检修将干气密封返回厂家重新加工，精确定位梳齿密封环定位槽开孔位置，并缩短定位槽宽度，同时提高定位销的高度，保证梳齿密封环不发生周向转动，一级泄漏排放孔不会被遮挡（图7）。开工后EC-1301 高压缸高压侧一级泄漏流量在7.102～7.238 Nm3/h，为正常值，可稳定运行。

    图7 精确加工梳齿密封环定位槽宽度并提高定位销高度

    （2）加宽梳齿密封环与一级泄漏排放孔重合部位的开槽宽度，确保即使梳齿密封环发生周向运动也不会遮挡一级泄漏排放孔（图8）。

    图8 加宽梳齿密封环与一级泄漏排放孔重合部位的开槽宽度

    （3）减小梳齿密封环的厚度，使其与外壳留有间隙，即使梳齿密封环开槽处与一级泄漏排放孔不对应，泄漏气体也可以通过密封环与外壳之间的间隙，最终流向一级泄漏排放孔，起到双重保险作用（图9）。该措施为本次向密封厂家提出的改进建议，但本次检修未实施。

    图9 减小梳齿密封环的加工厚度

    设备技术人员应增强对密封内部结构原理的学习，更加透彻地掌握密封的安装过程。在密封出厂验收阶段，如果能够及时发现干气密封梳齿密封环的定位槽加工存在尺寸偏差，在安装投用前及时进行整改，便可避免一次机组停工检修事件。在面对其他干气密封加工或安装缺陷时，如果能够第一时间发现隐患，将大大减少故障停机的概率，对延长机组运行周期、提高装置经济效益具有重要意义。

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