21-K-2471密封泄漏原因分析

王傳榮

摘　要：通過解析21-K-2471雙螺桿壓縮機(jī)浮環(huán)密封的結(jié)構(gòu)特點及工作原理，結(jié)合檢修中發(fā)現(xiàn)浮環(huán)的損壞形式，分析造成此壓縮機(jī)浮環(huán)密封泄漏的原因，為密封泄漏問題尋求積極的解決方法，對整個機(jī)組以至整個裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)具有重大意義。

關(guān)鍵詞：螺桿式；浮環(huán)密封；工作原理；泄漏；穩(wěn)定

1　引言

21-K-2471雙螺桿脫氫尾氣壓縮機(jī)是某廠苯乙烯裝置中脫氫單元的關(guān)鍵機(jī)組，由于壓縮機(jī)輸送的介質(zhì)中含有大量粗氫混合物，遇油易爆炸，所以壓縮機(jī)的密封一定要保障介質(zhì)與油分離。2009年和2011年都出現(xiàn)因密封泄漏而導(dǎo)致停機(jī)故障，嚴(yán)重影響裝置的正常生產(chǎn)，所以要分析造成密封泄漏的原因，尋求解決故障的方法，保障裝置的正常生產(chǎn)。

2　浮環(huán)密封工作原理

2.1 密封結(jié)構(gòu)

浮環(huán)密封的實際安裝位置圖如圖1。

此壓縮機(jī)的密封共計4套，2種類型（高壓端密封與低壓端密封），高壓端密封在總長度方面比低壓端密封長32.5 mm，其他內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同。內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2。

2.2 浮環(huán)結(jié)構(gòu)

浮環(huán)結(jié)構(gòu)實物圖如圖3。

此壓縮機(jī)的浮環(huán)密封環(huán)組每組都由4個1/4密封環(huán)組成（接口形式如圖3（d）），整體被一個長彈簧繩捆在一起形成一個封閉的密封環(huán)，這樣浮環(huán)可以徑向膨脹。軸向在密封腔體內(nèi)有約0.70 mm的間隙，由軸向小彈簧作為補(bǔ)償，一套散件如圖4。

浮環(huán)材料主要成分為填充石墨、聚四氟乙烯，具有良好的自潤滑作用，有效減少開停機(jī)過程中磨損。圖3（a）圖的小彈簧可使浮環(huán)端面（密封線） 在開機(jī)前貼在級間隔板端面上，彈簧安裝在壓力高的一側(cè)端面上，如圖1所示，蒸氣進(jìn)氣室5的左、右，浮環(huán)上軸向彈簧安裝方向都是在蒸氣室5的一側(cè)，同理氮氣進(jìn)氣室左右的彈簧安裝方向都朝向氮氣進(jìn)氣室。軸向彈簧的作用是保障端面密封的補(bǔ)償。

2.3 浮環(huán)密封的工作原理

如圖2中所示，靠近壓縮機(jī)內(nèi)部相鄰的5組浮環(huán)是密封介質(zhì)的；靠近潤滑油箱側(cè)3組相鄰浮環(huán)是密封潤滑油的；分別通入蒸氣（密封介質(zhì)側(cè)）和氮氣（密封潤滑油側(cè)） 作為密封氣，密封氣的壓力要求為15 kPa。下面分別闡述介質(zhì)密封與潤滑油密封的工作原理。

2.3.1 介質(zhì)側(cè)的密封工作原理

如圖2，蒸氣通過進(jìn)入室5進(jìn)入汽封，進(jìn)入的蒸氣分為2個方向分流，一部分向機(jī)體內(nèi)部方向進(jìn)入，一部分向潤滑油側(cè)進(jìn)入。向機(jī)體內(nèi)部進(jìn)入的蒸氣，一部分將浮環(huán)端面密封線推靠在級間隔板的密封面上，形成端面密封；一部分走徑向通氣槽，將浮環(huán)膨脹開，在浮環(huán)與軸套之間形成一定剛度的氣膜，將機(jī)體內(nèi)部向外流竄的介質(zhì)氣密封，這樣端面與徑向都形成有效的密封，由于機(jī)體內(nèi)部的介質(zhì)氣與蒸氣密封氣形成對壓，所以密封蒸氣不會進(jìn)入機(jī)體，臨末返回流向排污室6，進(jìn)入火炬管線；向潤滑油箱側(cè)流竄的蒸氣，也被浮環(huán)節(jié)流、憋壓，形成密封壓力氣，端面的密封也被推靠形成端面密封，臨末在浮環(huán)與軸套之間也形成氣膜，蒸氣循環(huán)流入排污室6內(nèi)排向火炬。

2.3.2 潤滑油側(cè)的密封工作原理

氮氣通過密封氮氣進(jìn)氣室7進(jìn)入汽封，也分為2個流向，向潤滑油箱內(nèi)側(cè)流入的氮氣，一部分氮氣將浮環(huán)端面密封線推靠形成端面密封，一部分氮氣走通氣槽，將浮環(huán)膨脹開，在浮環(huán)與軸之間形成氮氣密封膜，這樣有效的密封住潤滑油向介質(zhì)側(cè)泄漏，另一個方向的氮氣與內(nèi)密封蒸氣一樣形成密封壓力氣，大部分（極少部分氮氣進(jìn)入油箱后，通過排氣管排出）都從排污室6排向火炬線。以氮氣為密封氣的另外一個目的也是為了降低爆炸危險性。

2.3.3 浮環(huán)與軸套間隙值取值

浮環(huán)與軸套之間在工作的過程中是有一定間隙的，這個間隙是由密封氣膨脹出來的，而靜止的狀態(tài)下，浮環(huán)與軸套之間無間隙，透光試驗見圖5。

開機(jī)之前要通入密封氮氣與蒸氣，使浮環(huán)密封脹開，浮環(huán)的端面密封貼死，保障密封氣保壓，標(biāo)準(zhǔn)壓力為15 kPa。運行過程中，浮環(huán)與軸套間隙

內(nèi)部充滿的密封氣，形成密封氣膜，在剛剛開機(jī)的時候，浮環(huán)與軸套會自動對中，運行穩(wěn)定后，基本與軸套同心，浮環(huán)與軸套并不接觸，所以浮環(huán)在運行過程中不磨損。密?效果與浮環(huán)間隙有直接關(guān)系，從減少密封氣泄漏、提高密封效果來看，浮環(huán)密封運行間隙值的選取范圍為

密封介質(zhì)側(cè)的浮環(huán)與軸套半徑間隙

S=（0.0005~0.0010） D

密封潤滑油側(cè)的浮環(huán)與軸套半徑間隙

S=（0.001~0.0020） D

其中D為浮環(huán)公稱直徑（2471的浮環(huán)的直徑為355），單位為mm。

3　密封泄漏分析

21-K-2471尾氣壓縮機(jī)所采用的浮環(huán)密封在2009年竣工投入生產(chǎn)約45天之后就出現(xiàn)了微量泄漏現(xiàn)象，幾次非計劃開停車的過程中，密封磨損后，泄漏量持續(xù)增大，但是由于機(jī)組無備機(jī)，所以一直利用增大密封氣壓力的辦法來實現(xiàn)密封。2011年4月7日非計劃停車，在開啟12 h后，?體與透平的各軸承潤滑油油箱內(nèi)的潤滑油從油封處都出現(xiàn)大量泄漏現(xiàn)象，軸承箱回油管線視窗液位超過高報，從排氣管中噴出大量油氣混合物，油路回油不暢，現(xiàn)場停掉氮氣、蒸氣密封氣，油路才正常，這一點充分說明密封氣已經(jīng)大量竄入油箱，浮環(huán)密封泄漏，要進(jìn)行解體大修。

3.1 密封泄漏形式

在檢修的過程中發(fā)現(xiàn)浮環(huán)磨損嚴(yán)重，出現(xiàn)斷裂及軸向固定小彈簧位置磨穿等缺陷。實物如下圖6與圖7。

通過圖6中可以明顯看出，密封的徑向密封面已經(jīng)磨損嚴(yán)重，密封浮環(huán)斷裂。圖7中軸向彈簧外露，也證明徑向磨損嚴(yán)重，圖8證明浮環(huán)與軸套之間間隙超標(biāo)，浮環(huán)與軸套之間無法形成氣膜，浮環(huán)已經(jīng)失去密封的作用。

3.2 密封泄漏原因分析

通過現(xiàn)場測量，浮環(huán)與軸套的密封間隙已經(jīng)達(dá)到0.30 mm以上，且存在偏磨現(xiàn)象，完全超過標(biāo)準(zhǔn)值，這樣使密封氣竄到潤滑油腔內(nèi)（蒸氣也會進(jìn)入機(jī)體內(nèi)部），并隨潤滑油一起進(jìn)入回油管線，造成潤滑油回油不暢，從而導(dǎo)致整個潤滑油系統(tǒng)循環(huán)不正常，使機(jī)組被迫停機(jī)。

3.3 浮環(huán)磨損的簡因分析

（1） 運轉(zhuǎn)密封氣供給出現(xiàn)故障，使密封氣壓力降低，密封氣流量減少，氣膜形成不理想，特別是在開停機(jī)過程中，氣膜形成不完全，或者形成的氣膜剛度不夠就會導(dǎo)致浮環(huán)與軸套直接磨損，甚至燒壞。

（2）由于機(jī)組檢修時裝配質(zhì)量問題或零件損壞，使浮環(huán)卡死，形成帶缺陷的氣膜，造成密封氣大量泄漏到油箱中；或者介質(zhì)竄入浮環(huán)密封腔中，形成結(jié)晶體，在開始運轉(zhuǎn)的時候晶體與浮環(huán)發(fā)生嚴(yán)重摩擦（結(jié)晶體如圖6），造成密封泄漏。

（3）因為機(jī)組轉(zhuǎn)速是變頻的，所以當(dāng)裝置操作波動大，即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速波動過大時，導(dǎo)致壓縮機(jī)流量波動頻繁，也會影響浮環(huán)密封氣膜的形成，使得密封泄漏，如圖9。

4　保障浮環(huán)密封穩(wěn)定性的可行措施

4.1 定時檢查密封氣供給情況

密封氣的供給要時時穩(wěn)定，設(shè)有穩(wěn)壓閥，壓力自動調(diào)節(jié)閥及壓力表，做到定時檢查密封供給氣的壓力及溫度，時時掌握密封氣供給情況，當(dāng)溫度壓力發(fā)生變化時及時排除故障。

4.2 保障浮環(huán)密封裝備質(zhì)量

浮環(huán)密封是由多個零部件組成的，而且零部件的制造和安裝精度都要求很嚴(yán)格。如果不嚴(yán)格按技術(shù)要求檢查、安裝，就可能導(dǎo)致浮環(huán)密封工作不正常，甚至泄漏。所以在安裝時的注意事項有以下幾點：

（1） 浮環(huán)端面、浮環(huán)座端面、壓蓋端面必須研磨，保證端面接觸的嚴(yán)密性，接觸面達(dá)到90%以上。

（2） 控制好浮環(huán)與軸套的間隙（安裝時不可有間隙，做透光試驗），確?？梢孕纬蓺饽?。

（3） 浮環(huán)座“O”形橡膠圈不能重復(fù)使用，檢修時必須更換。

（4）保證浮環(huán)座端面與軸的垂直度、浮環(huán)座內(nèi)圓與軸的同軸度。

（5）組裝過程應(yīng)保持清潔，各密封表面、軸表面不允許有銹斑或灰塵雜質(zhì)。

（6）組裝時保證各密封面不被劃傷、碰破，不允許用工具敲打浮環(huán)和密封面。

（7） 檢查浮環(huán)是否符合以下要求：表面粗糙度在Ra0.8以上；圓度為φ0.02 mm以內(nèi)。

4.3 穩(wěn)定裝置操作

在壓縮機(jī)日常操作過程中，做到盡量減少調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的運行工況，當(dāng)要調(diào)節(jié)壓縮機(jī)運行工況的時候，一定要先調(diào)整好浮環(huán)密封氣的運行壓力及溫度值，穩(wěn)定后再進(jìn)行調(diào)整機(jī)組。21-K-2471機(jī)組是由透平驅(qū)動的，所以在運行的過程中，一定要穩(wěn)定控制透平的入口進(jìn)蒸氣量，保障流量穩(wěn)定，這樣就能保障機(jī)組轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，有利于保護(hù)浮環(huán)密封組的有效密封。

5　結(jié)語

以上從21-K-2471密封原理入手，分析此機(jī)組密封泄漏原因，提出保障浮環(huán)密封穩(wěn)定性的可行性措施，從而為機(jī)組密封的穩(wěn)定性提供了理論依據(jù)，為壓縮機(jī)的穩(wěn)定運行奠定了基礎(chǔ)，更為整套?乙烯裝置的安全、高效生產(chǎn)提供了有力保障。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王明玉.乙苯一苯乙烯/聚苯乙烯聯(lián)合裝置緊急停車系統(tǒng)的設(shè)計[J].石油化工自動化，2001，（3 ）：7-9.

[2] 蕭開梓.化工機(jī)器安裝與檢修[M].北京：中國石化出版社，1990.

[3] 張華俊.泵和壓縮機(jī)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1994.