劉啟鵬

（陜西省延川縣永坪煉油廠 陜西延川）

2MCL456-37型富氣壓縮機組原配軸端密封裝置是浮環(huán)密封，運行中經(jīng)常發(fā)生密封跑油、串油現(xiàn)象。潤滑油、密封油受到污染，不但給企業(yè)造成很大的經(jīng)濟損失，同時也是機組安全運行的隱患。

一、浮環(huán)密封

1.結構和原理（圖 1）

密封油從內外環(huán)之間注入，注入的密封油壓力比氣體介質高0.04～0.06 MPa。軸旋轉時在偏心圓柱間將形成油膜，流體壓力將浮環(huán)托起，形成液體節(jié)流式非接觸密封。密封油通過浮環(huán)與軸之間很小的間隙，沿軸向左右流動，分別限制內泄漏和外泄漏。內浮環(huán)壓差、間隙都比外浮環(huán)小，故內泄漏少于外泄漏 2000～3000 mL/h。流經(jīng)氣體介質側形成油氣混合物，將其引入油氣分離器分離，再經(jīng)脫氣槽脫出腐蝕性氣體，剩下的密封油流回油箱。流經(jīng)大氣側的密封油不與工藝介質接觸，可以通過回油管直接返回油箱，浮環(huán)密封產生的熱量也主要靠這部分回油帶走。浮環(huán)密封的內外環(huán)之間裝有彈簧，它使浮環(huán)端面與浮環(huán)座壓蓋端面接觸緊密，防止機組在啟動或停車過程中，密封油從浮環(huán)端面泄漏。

2.失效原因分析

圖1 浮環(huán)密封示意圖

（1）密封油竄入軸承箱污染潤滑油。催化裝置富氣壓縮機浮環(huán)密封，在二段入口氣封到一段入口處之間增設了一平衡管，在二段入口處設置一兼做二段入口和平衡管氣封的特殊結構的氣封，使壓縮機兩端介質壓力基本相同，密封氣從兩端梳齒氣封上部注入，經(jīng)過梳齒后的密封氣壓力稱為參考氣壓力。平衡管壓力作為密封氣壓力的控制依據(jù)，參考氣壓力作為密封油壓力的控制依據(jù)。密封油與密封氣的壓差控制是通過控制高位油罐液位間接地控制高位油罐的微壓差，油氣壓差控制值為（0.05±0.002）MPa，密封油壓力控制值為0.2～0.25 MPa，密封油壓力比密封氣壓力高0.05 MPa。油氣壓差太小，密封氣則會沖破油膜進入浮環(huán)座和軸承箱，造成密封油和潤滑油污染，另外，浮環(huán)密封油膜被破壞后，還會造成浮環(huán)與軸摩擦，巴氏合金融化，發(fā)生抱軸事故。油氣壓差太大，則內、外回油量劇增。內回油劇增，則會有部分密封油竄入機內，這部分密封油流回油箱又污染了整個封油系統(tǒng)。外回油劇增，則回油腔充滿，密封油就會竄入潤滑油中污染潤滑油。

（2）密封氣質量。壓縮機密封氣來自吸收穩(wěn)定的干氣，干氣中的硫化氫等酸性氣體會腐蝕浮環(huán)密封零部件，腐蝕脫落的金屬顆粒隨密封油進入浮環(huán)與軸的間隙，劃傷浮環(huán)和軸。長時間的腐蝕還會使浮環(huán)失去浮動性，與軸摩擦而停機。

（3）浮環(huán)與軸偏磨，間隙變大。原因包括浮環(huán)端面、浮環(huán)座端面、壓蓋端面接觸面達不到100%，嚴密性降低；內外浮環(huán)之間的彈簧彈力不一致，高度不同；組裝過程中清潔不好，各密封表面、軸表面有浮塵、銹斑；各密封面被撞擊或劃傷；內浮環(huán)與軸的間隙超出0.06～0.09 mm范圍，外浮環(huán)與軸的間隙超出0.23～0.26 mm范圍，浮環(huán)座與軸的垂直度，浮環(huán)座內圓與軸的同心度超差等。

二、密封改進

由于浮環(huán)密封內泄漏較大，回收處理內泄漏油的設備復雜，包括油氣分離器、脫氣槽等控制系統(tǒng)。浮環(huán)密封的油氣壓差很小，控制系統(tǒng)復雜。在離心壓縮機故障原因中，油封和潤滑油系統(tǒng)的故障占55%～65%。密封油系統(tǒng)能耗與維護費用高，操作不便。

1.雙端面干氣密封

圖2 干氣密封示意圖

圖3 動環(huán)單向雙列螺旋槽

（1）結構和原理。TM02A型干式氣體密封為螺旋槽端面密封結構，由靜環(huán)、動環(huán)組件（旋轉環(huán)）、副密封O形圈、精密封、彈簧和彈簧座（腔體）等組成,見圖2。彈簧在密封無負荷狀態(tài)下使靜環(huán)與固定在軸上的動環(huán)組件配合。密封改進時，動環(huán)采用單向雙列螺旋槽,見圖3。隨著動環(huán)的轉動，密封氣被送到螺旋槽的根部，根部以外的一段無槽區(qū)稱為密封壩。密封壩對氣體流動產生阻力作用，增加氣體膜壓力。該密封壩的內側還有一系列的反向螺旋槽，起著反向泵送改善配合表面壓力分布的作用，從而加大開啟靜環(huán)與動環(huán)組件的能力。反向螺旋槽的內側還有一段密封壩，對氣體流動產生阻力作用，增加氣體膜壓力。配合表面間的壓力，使靜環(huán)表面與動環(huán)組件保持3 μm左右的間隙。當由氣體靜壓力和彈簧力產生的合力等于氣體膜壓力時，便建立了穩(wěn)定的平衡間隙。密封氣壓力始終比富氣壓力高0.2～0.3 MPa，這樣密封氣泄漏的方向總是朝著富氣和大氣，從而保證富氣不會向大氣泄漏。干氣密封要取得優(yōu)良的性能，在保持間隙穩(wěn)定的同時，又希望間隙很小且密封面不會發(fā)生接觸，即使是因各種原因發(fā)生軸向位移時，也要能夠保持理想間隙。干氣密封是通過開啟力和閉合力之間的動力平衡來實現(xiàn)這一功能的。

（2）控制系統(tǒng)。過濾后的密封氣（氮氣），一部分經(jīng)節(jié)流孔板進入緩沖氣腔，這部分緩沖氣經(jīng)迷宮后全部進入壓縮機內，阻止了機內富氣向外擴散，避免污染密封端面，影響密封正常運行；另一部分經(jīng)流量計后進入主密封腔，全部經(jīng)端面形成氣膜，對端面起潤滑和冷卻作用，向內側泄漏的主密封氣和緩沖氣混合進入機內，向外側泄漏的主密封氣和隔離氣混合放空；第三部分經(jīng)孔板限流后進入隔離氣腔，其中一部分隔離氣經(jīng)軸承箱放空，用來阻止?jié)櫥瓦M入干氣密封，另一部分與向外側泄漏的主密封氣混合放空。雙端面干氣密封正常運行的主要條件是確保主密封腔與緩沖氣腔壓差＞0.2 MPa，當壓差＜0.03 MPa時，應準備停車。

（3）性能特點。非接觸端面，壽命長，氣膜厚度和剛度更大，可靠性更高；極限速度高，最大達150～180 m/s，適應各種工況；干氣密封消耗的功率僅為浮環(huán)密封的5%,節(jié)能降耗；密封系統(tǒng)總投資比浮環(huán)密封低，重量輕，占地面積小；消除了密封油污染潤滑油的可能性；控制系統(tǒng)比浮環(huán)密封簡單，運行和維護費用低。

2.雙端面干氣密封使用中的注意事項

（1）雙端面干氣密封零部件表面加工精度高，因此要求密封氣必須清潔，允許雜質最大顆粒尺寸為5 μm，同時要防止密封面帶油或其他液體，單向雙列的雙端面干氣密封要嚴禁倒轉，否則干氣密封將失效甚至損壞。

（2）機組開機時，盡量加大與低速暖機目標轉速的啟動速率，使雙端面干氣密封在機組啟動時能夠迅速脫開，減少啟動時的磨損，這將提高干氣密封的使用壽命。

（3）密封氣流量的穩(wěn)定是雙端面干氣密封運行良好的標志，如出現(xiàn)密封氣流量漸漸增大，說明干氣密封的零部件出現(xiàn)了問題，應盡快解決。

（4）密封盒需定期檢修，定期更換O形圈。

三、改進效果

改進后的2MCL456-37型富氣壓縮機密封，因浮環(huán)密封及其封油系統(tǒng)失效所造成的損失減少，取消了密封油站和控制系統(tǒng)，消除了由此而引起的故障，機組運行可靠性提高。