循环氢压缩机干气密封改造故障分析

摘 要 加氢裂化装置循环氢压缩机干气密封改造在2013年装置停工检修期间进行改造，目的是为了减少原浮环密封的生产故障率，节省油品的消耗，降低操作难度。本次改造采用FLOWSERVE公司的串联干气密封，利用原浮环密封工作腔体，外部设置密封仪表控制系统；文章对干气密封的原理及FLOWSERVE公司的单向螺旋槽串联干气密封结构工作流程做了简要的介绍，重点介绍了此次改造后机组开车阶段出现的三次故障及相应的问题检查分析，并针对问题做出的整改意见。首先，讲述出现故障的直观现象，拆卸后的检查情况，做出事故原因的分析并采取的处理措施；其次，讲述出现故障后的现象和机组的检查，做出了针对有高压气体窜入密封工作腔体导致平衡失效的各项处理意见；再次，讲述出现故障后的在运行机理和密封结构层面的详细分析并最终解决问题的情况；最后进行了必要的总结。

关键词 加氢裂化；循环氢压缩机；干气密封

中图分类号：TH45 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）15-0069-02

1 改造前提及机组情况

某炼油厂加氢裂化循环氢压缩机自装置投产以来，轴密封一直采用浮环式密封结构，控制系统相对复杂，耗油量大，操作相对复杂，装置开停车过程中经常因密封油系统波动造成密封磨损泄漏停机。基于以上原因，在2013年7月装置停工检修期间，由FLOWSERVE公司负责对该机组进行干气密封改造，抚顺工建配合仪表控制盘与机体密封系统的管线配制及安装。

该机组为20世纪90年代美国A-C压缩机厂产品，双壳体轴向剖分筒式结构离心压缩机，7级叶轮，两侧径向可倾瓦轴承，金斯伯雷推力轴承，进气压力16.08 MPa，排气压力18.66 MPa。

2 干气密封工作原理及机组干气密封结构

2.1 干气密封工作原理

本文只对FLOWSERVE公司应用于加氢裂化装置的单向螺旋槽干气密封进行阐述。与机械密封相比，结构基本相同，主要区别在于干气密封一个密封环上面加工有均匀分布的浅槽，如下图所示，只能单向旋转，但与双向槽比较，能形成更大的开启力和气膜刚度，具有更高的稳定性和可靠性。密封面上加工一定数量深度小于10微米的螺旋槽，运转时，被密封气体周向吸入槽内，径向分量由外径朝中心（即低压侧）流动，而密封坝限制气体流向低压侧。气体随着螺旋槽截面形状的变化被压缩，在根部形成局部的高压区，使端面分开3微米而形成一定厚度的气膜。在此厚度气膜下，由气膜作用力形成的开启力与由弹簧力和介质力形成的闭合力达到平衡，于是密封实现非接触运转。干气密封的密封面间形成的气膜具有一定的正刚度，保证了密封运转的稳定性。为了获得必要的流体动压效应，动压槽必须开在高压侧。见图1单向螺旋槽。

只要在设计范围内，当外来干扰消除后，密封总能恢复到设计的工作间隙，即干气密封具有自我调节的功能而保证运行的稳定可靠。其稳定性指标就是密封产生气膜刚度的大小，气膜刚度是气膜作用力的变化与气膜厚度的变化之比，气膜刚度越大，表明密封的抗干扰力越强，运行越稳定，密封效果越明显。

2.2 机组干气密封结构

两套干气密封按照相同方向串连，一级主密封气气体为压缩机出口引出的经过滤除湿的工艺气，另接一条新氢管线作为开工及备用密封气源，承担密封全部负荷；二级密封气为氮气，作为备用密封不承受压力降，通过主密封泄漏的工艺气体引入火炬燃烧，剩余极少量的工艺气经二级密封漏出安全排放，二级密封起到辅助安全密封的作用，其设计结构选材完全同一级密封，可保证工艺介质不大量向大气泄漏；隔离气为氮气，阻止润滑油串入干气密封。动环加工单向螺旋槽，静环为补偿环。

3 开车故障及分析处理

3.1 初次故障停车及分析处理

1）故障表现。

10月8日晚17时40分出现波动，非驱动端流量仪表FI3696（主密封气泄漏）曲线指示出现阶跃式上升，之后呈现逐渐上升态势；之后呈现稳定状态。

9日7时30分左右，又出现阶跃式上升；至中午11时流量已超过高报警值30.3Nm3/h并继续上升；为避免压力报警PI 3696（主密封气泄漏）上升达到机组联锁停机，经商定将高高报警值上调，同时进入机组停机状态。

拆卸故障密封检查，目视发现密封腔体有粉尘及微量液体；一二级密封端面完好，无划痕无积液；一级静环推环内侧PTFE材质密封圈磨损；除内侧轴套J型圈外PTFE材质部分损坏外，其余J型圈完好；在一级弹性元件基座内堆积粉末状黑色杂质及白色粉末；拆卸过滤器滤芯可见少量粉末状物体。

2）分析处理。

经解体除湿器，滤芯滤网上有黑色油灰，未见其他异样。解体过滤器滤芯未见太多过滤物，过滤器筒体底部有约10 mm深的黄色油状沉积液，并伴有浓重的硫化物散发出的刺鼻气味。经初步确认为循环氢中携带的反应底油，该油液是无法通过控制系统分离去除的，可能是导致密封损坏失效的重大隐患。

密封拆出后，在压缩机两侧腔体一级进气导流槽处及梳齿密封轴向端面处发现有黑色油泥沉积，说明一级密封气已经

带油。

非驱动端密封经解体目测：一二级密封的动静环基本完好；一级密封泄漏壳体出气孔外表面和一级密封弹簧盒及一级进气壳体内侧都有灰白色粉末沉积物，一级密封静环密封圈J型环密封面处有粉末聚结物并造成密封圈卡滞，并且J 型环严重磨损，这是造成该侧密封失效泄漏的原因。

对于一级密封处的粉末沉积，结合解体的过滤器滤芯无明显滤处物状态，认为粉末为一级密封气中的组分凝结物和干

馏物。

彻底清理吹扫密封腔体后，将备用新密封回装。

3.2 二次故障停车及分析处理

1）故障停车。

10月14日，10时30分波动，13时30分，非驱动端一级密封泄漏流量FI3696报警，趋势与上次基本相同，降压后，平稳30分钟，继续上升，晚18时开始停机。

拆卸密封检查，一二级密封端面完好，无划痕无积液；一级静环推环内侧PTFE材质密封圈磨损；在一级弹性元件基座内堆积粉末状黑色杂质及白色粉末；轴端梳齿密封轴向开有通孔可能造成密封气扰流运动。

2）分析处理。

基本现象于一次相同直接对所发现的问题进行针对处理。

在主密封气管线增设一台除液罐，制作目数500目/英寸的除沫器，重新配制管线。加伴热套管；解决出现液体问题。

经沈鼓集团设计部门计算设计将出口蜗壳径向外圆周开槽加氟胶圈及挡环，阻挡可能产生的高压气体泄漏问题。

将两侧轴梳齿密封轴向孔封堵，阻止密封气的扰流运动。

将平衡孔、密封气管线吹扫；平衡管线加电伴热。

3.3 三次故障停车及分析处理

1）故障停车。

10月23日，两侧一级密封泄漏流量FI3696、FI3695均报警；

24日，10时，驱动端FI3695报警值53.0Nm3/h左右，非驱动端FI3696报警值33Nm3/h左右；15时，经FLOWSERVE公司设计核算重新给定报警值：

一级密封泄漏正常值=19.02 Nm3/h（96.06Kpag）

一级密封泄漏高报值=58.86 Nm3/h（110Kpag）

一级密封泄漏高高报值=108.66 Nm3/h（133Kpag）

经批准，将高高报即联锁停机值，调整为新计算的给定值；

24日晚21时，停进料开始停车。

拆卸检查发现一级静环推环内侧PTFE材质密封圈磨损严重，两侧均是；整个密封内部粉末皆为PTFE磨损所致；目视腔体洁净；两级密封端面洁净无损伤。

现场，检修单位协助在非驱动端打表监测密封轴套端面跳动，最大值达0.12 mm。

2）分析处理。

在最初安装密封时，FLOWSERVE公司密封轴套轴向尺寸发生偏差，正常密封安装后轴套应与轴所有轴肩紧密贴合，并用相应销钉固定，保证轴套与轴能够同速转动不发生相对运动，不产生振动；而FLOWSERVE公司密封轴套轴向尺寸差了2 mm，轴套与轴肩没有完全紧密贴合，FLOWSERVE公司认为在其他公司改造过程中多次出现过此种情况，均采用增设调整垫的方法予以解决，并保证不会出现故障；为弥补缺失保证按时开车，由FLOWSERVE公司苏州工厂设计绘图制作了2 mm厚的异形调整垫，加在低压侧轴肩位置弥补轴向误差，并以此接触面作为轴套的基准面。

经商议讨论一致认为该原因为上述三次泄漏失效的根本原因，密封轴套振动造成磨损，原安装加的调整垫选取的轴套基准面存在错误，可能引起振动；决定取消该垫，在密封高压侧底板轴向去掉1.8 mm，在卡板处增设1.8 mm厚度调整垫固定密封；相当于密封整体沿轴向推进1.8 mm，轴套与轴肩两处完全贴合固定，保证了轴套在高速轴转动下的稳定。处理安装后，机组运行稳定，各仪表指示参数均正常，达到了最初改造的目的。

4 总结

原有设备的改造，一直以来都是技术革新的疑点难点。存在原始数据，图纸资料，管理操作人员变动、现场施工环境条件局限等等诸多因素影响，但这并不应该成为排斥技术革新改造的理由，发挥设备的潜能，更好的为生产服务，是每一个工程技术人员的基本工作；另外，也为生产设备的管理者设计者们提供了经验教训，对待问题应该积极探索，探究原因，不能盲目地凭以往的经验判断解决问题。

参考文献

[1]王汝美.实用机械密封技术问答[M].中国石化出版社，2004.