串聯(lián)式干氣密封在離心式壓縮機上的應(yīng)用

劉 超 于震遠 曹萬林

（沈陽鼓風(fēng)機集團股份有限公司，遼寧 沈陽110869）

離心式壓縮機的干氣密封結(jié)構(gòu)由靜密封，動環(huán)組件，靜環(huán)和彈簧組成。在密封無負荷的狀態(tài)下，靜環(huán)和動環(huán)組件將在彈簧的作用下進行配合。但是動環(huán)組件配合表面上存在有螺旋槽，因此，動環(huán)組件和靜環(huán)的配合在表面平整度和光潔度上具有更高的要。在工作時，氣體將隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動進入到螺旋槽根部，而無槽區(qū)域則被稱之為密封壩。此時，氣體流動會受到來自于密封壩的阻力作用，繼而使氣體模壓增加。而在密封壩內(nèi)側(cè)也含有反向螺旋槽，可以起到改善組件表面壓力分布的作用，可以使組件間的氣隙能力增大。在氣體壓力與彈簧力產(chǎn)生的壓力相等時，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的靜環(huán)表面與動環(huán)組件之間將產(chǎn)生一個平衡間隙，并產(chǎn)生一層氣體薄膜，繼而起到密封作用。

1 干氣密封的結(jié)構(gòu)類型

1.1 單端面結(jié)構(gòu)（圖1）

單端面干氣密封在運行過程中會有少量工藝氣體泄漏到大氣中，適用于例如氮氣壓縮機，空氣壓縮機，二氧化碳壓縮機和其他無污染的介質(zhì)。

圖1 單端面結(jié)構(gòu)干氣密封

1.2 雙端面結(jié)構(gòu)（圖2）

雙端面干氣密封這種結(jié)構(gòu)允許少量的密封氮氣泄漏到離心式壓縮機的工藝氣體介質(zhì)中，其可以使工藝介質(zhì)對大氣的泄漏為零。適用于有毒，有害，易燃，易爆的低壓工藝介質(zhì)，以及離心式壓縮機工作工況要求無泄漏的生產(chǎn)條件。

1.3 串聯(lián)式結(jié)構(gòu)（圖3）

該結(jié)構(gòu)安全可靠，但是少量工藝氣體會泄漏到大氣中，并且外部氮氣不會進入工藝流程。負壓到高壓都能夠使用該結(jié)構(gòu)，其主要用于現(xiàn)場不供應(yīng)氮氣的管線壓縮機，需要回收一級泄漏氣體的冷劑壓縮機等。

圖2 雙端面結(jié)構(gòu)干氣密封

圖3 串聯(lián)式結(jié)構(gòu)干氣密封

1.4 帶中間迷宮的串聯(lián)式結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)具有最高的安全性和可靠性，同時，沒有工藝氣體泄漏到大氣中或外部氮氣進入工藝過程，并且適用于各種壓力條件下的有毒，易燃易爆工藝介質(zhì)。

2 串聯(lián)式干氣密封的流程

目前的密封設(shè)計允許采用串聯(lián)密封裝置應(yīng)用到特殊的離心式壓縮機中。串聯(lián)密封在適當(dāng)調(diào)節(jié)密封氣體和避免密封反向增壓的應(yīng)用中表現(xiàn)良好。當(dāng)密封面外徑上的壓力低于內(nèi)徑上的壓力時，即發(fā)生密封的反向增壓，密封供氣壓力(Psg)小于排氣壓力（Pv）。最容易進行密封反向增壓的應(yīng)用場合是低壓應(yīng)用場合，在這種場合，吸入壓力的大小與排氣壓力相似。干氣密封在離心式壓縮機應(yīng)用場合必須采取預(yù)防措施，以避免其反向增壓，從而采用增加隔離密封氣的方式。

2.1 一級密封氣系統(tǒng)

丙烯氣體在制造中被用作密封氣體，精制系統(tǒng)中的丙烯通過丙烯蒸發(fā)器形成丙烯氣體，丙烯氣體的壓力比工藝氣體高0.2～0.3MPa，作密封氣體使用時需要過濾，是為了防止來自密封氣體的灰塵，油霧和其他雜質(zhì)對密封端面造成損壞。通過壓差計監(jiān)控過濾器的運行狀態(tài)，并在壓差增加時進行切換。過濾后的丙烯氣體通過流量調(diào)節(jié)閥進入一級密封。其中需要注意的是，為了防止丙烯氣體冷凝而產(chǎn)生的水冷凝到密封腔中，管線必須經(jīng)電伴熱將溫度保持在120°C 左右，以免密封環(huán)被損壞。高壓氮氣通常被用作丙烯氣體的備用源，在啟動設(shè)備之前和在特殊情況下會轉(zhuǎn)化為密封氣體。

2.2 二級密封氣和隔離氣系統(tǒng)

氮氣傳統(tǒng)上被用作雙密封應(yīng)用的密封氣體。由于氣體的純度，用氮氣作為密封介質(zhì)的密封件比用工藝氣體密封的密封件失效的幾率要小。由于氮氣密封有少量泄漏進入壓縮機腔內(nèi)，所以在完全不含氮氣的工藝中不能使用氮氣密封供應(yīng)的雙密封。

通過減壓閥，使公用工程過濾后的氮氣被注入時的壓力變?yōu)?.5 MPa，在進一步過濾后，二級密封的流量由流量調(diào)節(jié)閥控制。

隔離氣體還使用0.7MPa 氮氣作為氣體源，在進入隔離腔之前通過減壓閥將壓力降低到0.5MPa。旨在防止壓縮機軸承中的潤滑劑竄入干氣密封件并損壞密封圈。潤滑油泵的啟動條件是由自立式調(diào)節(jié)閥控制注入的壓力，將其注入到壓縮機密閉腔的兩側(cè)，并通過壓差計監(jiān)控其壓力。潤滑油泵必須將壓差保持在低報才會被允許啟動。

2.3 密封氣泄漏監(jiān)測系統(tǒng)

除了一些進入機體內(nèi)的主要密封氣體外，一小部分會通過第一密封環(huán)泄漏，并與第二緩沖氣體混合進入火炬系統(tǒng)。同時，三個在線儀表會檢測出排放線中密封氣體的排放量，從而減少了只有一個儀表的不準(zhǔn)確性和偶然性引起的誤差。其會根據(jù)三選二邏輯生成了一個停車信號，從而使壓縮機停止工作。二級密封的泄漏和隔離的氮氣一起會排放到火炬中，并且為了檢測二級密封件的泄漏量，在排放線上還需安裝流量計。

3 密封運行時注意事項

干氣密封系統(tǒng)配備了諸如液體分離，除沫和干燥過濾之類的控制程序，對監(jiān)控主密封氣體和輔助密封氣體的清潔度，實時監(jiān)視過濾系統(tǒng)的過濾元件有很高的要求，需要及時檢查與更換。為確保密封氣體干燥清潔，應(yīng)及時更換密封氣體，且其中不應(yīng)包含雜質(zhì)和液滴。必須實時監(jiān)控主密封氣體和密封泄漏氣體的溫度，流量和壓力等控制參數(shù)，并且通過監(jiān)控這些參數(shù)，以確保干氣密封的實際運行狀況。

（1）防反壓串壓：工藝介質(zhì)的反壓串壓會導(dǎo)致密封環(huán)的損壞。

（2）防反轉(zhuǎn)：單向螺旋槽干氣密封反向旋轉(zhuǎn)會損壞密封環(huán)。

（3）暖機：避免在過低的暖機轉(zhuǎn)速下連續(xù)運轉(zhuǎn)，干氣密封允許的最低暖機轉(zhuǎn)速與干氣密封規(guī)格有關(guān)。暖機轉(zhuǎn)速切忌過低。

（4）盤車：避免在過高的盤車轉(zhuǎn)速下連續(xù)盤車，干氣密封允許的最大盤車轉(zhuǎn)速與干氣密封的規(guī)格有密切關(guān)系。盤車轉(zhuǎn)速切忌過高，盤車時間不宜過長。

（5）避免或減少振動：干氣密封的使用條件應(yīng)使運行機組滿足API617 的振動要求。

（6）泄漏趨勢：泄漏量的監(jiān)控和漏量報警，可以實時了解密封的實際運行狀況。

（7）氣體品質(zhì)：應(yīng)密切關(guān)注干氣密封所需密封氣的氣體品質(zhì)情況，定期檢查和更換干氣密封控制系統(tǒng)的過濾器、聚結(jié)器、加熱器等，確保干氣密封處于干凈、干燥的工作環(huán)境。

（8）氣源的穩(wěn)定性和連續(xù)性：應(yīng)保證密封氣源的連續(xù)性和穩(wěn)定性，包括密封氣和隔離氣等。避免因斷氣和流量不足造成工藝介質(zhì)倒灌或潤滑油進入密封。

（9）排凝：排除凝液，避免液滴對密封系統(tǒng)的沖擊。

綜上所述，干氣密封系統(tǒng)具有功耗低，泄漏少，工作周期長，可靠性高，操作維護方便等優(yōu)點。廣泛用于化工廠的大型離心分離機。近年來，隨著越來越多的高溫高壓和液化氣及其他高風(fēng)險機泵使用干氣密封，設(shè)備維護和維護人員對學(xué)習(xí)操作和維護干氣密封的要求也越來越高。關(guān)于設(shè)備的選擇，有必要根據(jù)各種需要選擇合適的干氣密封類型。在運行方面，必須避免發(fā)生密封失效事件，以實現(xiàn)機組泵的安全可靠運行。這些是相關(guān)技術(shù)人員需要學(xué)習(xí)和掌握的基本知識。