了解循環(huán)氫壓縮機(jī)的干氣密封系統(tǒng)[1]

1、了解干氣密封隨著石油化工行業(yè)對(duì)離心壓縮機(jī)的性能要求越來越高,對(duì)軸封的要求也越來越嚴(yán)格。過去,國內(nèi)使用較多的是機(jī)械浮環(huán)組合密封或者是雙端面機(jī)械密封,它們都是通過密封潤滑油來達(dá)到密封氣體的目的。這類密封有一個(gè)很大的缺點(diǎn),即要求有復(fù)雜的密封油系統(tǒng),能耗較大,而且必然有少量的密封油泄漏后進(jìn)入工藝氣體。干氣密封的出現(xiàn),是密封技術(shù)的一次革命,氣體密封的難題得以解決,而不會(huì)再受到密封潤滑油的限制。干氣密封所需的氣體控制系統(tǒng)比接觸式密封的油系統(tǒng)要簡單得多目前我車間5300#、5400#裝置的循環(huán)氫壓縮機(jī)是采用的干氣密封方式，一套加氫和二套加氫經(jīng)改造也都采用了干氣密封系統(tǒng)，因此了解干氣密封結(jié)構(gòu)和工作原理，對(duì)提高

2、壓縮機(jī)組操作水平和維護(hù)能力是很有幫助的。我們先來看看循環(huán)氫壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖：上圖中間部分為壓縮機(jī)體，兩邊藍(lán)色部分為密封系統(tǒng)，黃色部位為支承和潤滑系統(tǒng)。我們知道循環(huán)氫壓縮機(jī)干氣密封系統(tǒng)采用的密封氣體就是循環(huán)氫壓縮機(jī)出口的循環(huán)氫氣或者是新氫壓縮機(jī)出口的補(bǔ)充氫氣。首先我們要弄懂的問題就是，既然是用循環(huán)氫出口的工藝氣體如何密封住它自身的泄漏？見下圖：上圖中密封氣從壓縮機(jī)的兩個(gè)密封面注入，密封氣體是循環(huán)氫出口的部分氫氣經(jīng)過過濾凈化后注入，左側(cè)為循環(huán)壓縮機(jī)的入口端，壓力較低些，密封氣可以由迷宮面進(jìn)入機(jī)體的低壓端內(nèi)，但是右側(cè)的高壓端，因?yàn)槊芊鈿馐怯醚h(huán)機(jī)出口的氫氣做氣源，經(jīng)過過濾后，壓力肯定低于壓縮機(jī)出口

3、側(cè)的壓力的，因此密封氣是無法進(jìn)入機(jī)體內(nèi)的。解決辦法，見下圖：上圖在壓縮機(jī)最后一級(jí)葉輪的外側(cè)（高壓側(cè)）加了一個(gè)平衡鼓，平衡鼓的外緣和機(jī)殼之間有迷宮密封，平衡鼓內(nèi)側(cè)高壓介質(zhì)氣體通過迷宮密封泄漏到外側(cè)的平衡室，平衡室通過一根平衡管連接到了左側(cè)的平衡室，左側(cè)平衡室直接和循機(jī)入口相連，這樣由平衡鼓迷宮密封泄漏出來的介質(zhì)氣體被直接排放到了循環(huán)機(jī)的入口，因此，左右兩個(gè)平衡室的壓力就基本等于循環(huán)機(jī)入口的壓力，我們?cè)購钠胶馐彝鈧?cè)注入密封氣體，兩邊的密封作用就基本相同了。平衡鼓還有個(gè)主要作用就是通過設(shè)計(jì)平衡鼓的直徑，改變平衡鼓截面積的大小，控制平衡鼓內(nèi)外兩側(cè)的壓力大小，來平衡掉因壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子向出口側(cè)（向右側(cè)）推送介

4、質(zhì)氣體而受到的向左的反作用力。密封氣向機(jī)體內(nèi)側(cè)流動(dòng)的問題解決了，那么向外側(cè)的泄漏密封面怎么解決呢？像前面那樣用迷宮密封方式是不行的，迷宮密封的間隙很大，密封氣向機(jī)體里流動(dòng)沒有造成氫氣損失，也不會(huì)造成有毒有害或者形成爆炸氣體的危險(xiǎn)，但是向外泄漏大量的氣體就會(huì)造損失和危險(xiǎn)，因此要采用更好的密封技術(shù)。如下圖：在密封槽向外側(cè)泄漏的方向上，采用了螺旋槽密封環(huán)的氣膜密封技術(shù)。典型的干氣密封結(jié)構(gòu)如下圖所示,由旋轉(zhuǎn)的動(dòng)環(huán)、靜環(huán)、彈簧、密封圈以及彈簧座和軸套組成。旋轉(zhuǎn)環(huán)實(shí)物圖：上圖所示為干氣密封旋轉(zhuǎn)環(huán)示意圖, 轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)一般由 碳化鎢或碳化硅制成。 靜止環(huán)一般由碳石墨制成。旋轉(zhuǎn)環(huán)密封面經(jīng)過研磨、拋光處理,并加工出有

5、特殊作用的流體動(dòng)壓槽。干氣密封旋轉(zhuǎn)環(huán)以一定的轉(zhuǎn)速（一般大于1000rpm）旋轉(zhuǎn)時(shí),密封氣體被吸入動(dòng)環(huán)壓槽內(nèi),由外徑朝著中心。徑向分量朝著密封壩流動(dòng)。由于密封壩的節(jié)流作用,進(jìn)入密封面的氣體被壓縮,壓力升高。在該壓力作用下,密封面被推開,流動(dòng)的氣體在兩個(gè)密封面間形成一層很薄的氣膜,此氣膜厚度一般在3m 左右。氣體動(dòng)力學(xué)研究表明,當(dāng)干氣密封兩端面間的間隙在23m 時(shí),通過間隙的氣體流動(dòng)層最為穩(wěn)定。這也就是為什么干氣密封氣膜厚度設(shè)計(jì)值選定在23m 的主要原因。當(dāng)氣體靜壓力、彈簧力形成的閉合力與氣膜反力相等時(shí),該氣膜厚度穩(wěn)定。正常條件下,作用在密封面上的閉合力(彈簧力和介質(zhì)力) 等于開啟力(氣膜反力)

6、,密封工作間隙為設(shè)計(jì)間隙。當(dāng)受到外部干擾,氣膜厚度減小,則氣膜反力增加,開啟力大于閉合力,迫使密封工作間隙增大,恢復(fù)到正常值。相反,若密封氣膜厚度增大,則氣膜反力減小,閉合力大于開啟力,密封面合攏恢復(fù)到正常值。因此,只要在設(shè)計(jì)間隙范圍內(nèi),當(dāng)外部干擾消失以后,氣膜厚度就可以恢復(fù)到設(shè)計(jì)值下圖為密封組件的剖示圖：上圖為整個(gè)干氣密封系統(tǒng)內(nèi)部氣體流向圖。主密封氣進(jìn)入密封槽后大部分通過左側(cè)的迷宮密封流進(jìn)了壓縮機(jī)的平衡室，只有不到十分之一的氣體從右側(cè)通過動(dòng)環(huán)和靜環(huán)之間的間隙泄漏到排氣室，與后一級(jí)密封泄漏過來的氮?dú)庖黄鹩膳懦隹谂湃セ鹁嫦到y(tǒng)。二級(jí)密封氣（氮?dú)猓┡c主密封原理相同，進(jìn)入密封室后大部分氣體從左側(cè)的迷宮

7、密封泄漏至左側(cè)的排氣室與主密封氣泄漏出來的氣體一道從排口排至火炬線，很小部分的的二級(jí)密封氣從右側(cè)的二級(jí)密封動(dòng)、靜環(huán)之間的間隙泄漏出進(jìn)入二級(jí)排氣室，與隔離氣泄漏過來的氮?dú)庖黄饛亩?jí)排出口排至大氣。微正壓的隔離氣（氮?dú)猓母綦x腔注入，一部分向左通過迷宮密封流至二級(jí)密封排氣室，與二級(jí)密封泄漏出來的少量氮?dú)庖坏?，從排出口排至大氣。另一部分沿軸向竄出,隨軸承處潤滑油呼吸口排至大氣中，以防止外側(cè)潤滑油系統(tǒng)的油串入密封系統(tǒng)。干氣密封的氣體工藝流程及控制系統(tǒng)干氣密封的氣體工藝流程如上圖所示。壓縮機(jī)排氣端的密封口N1 通過平衡管連接到進(jìn)氣端的密封口N2，這樣就使兩個(gè)密封裝置(進(jìn)氣端、排氣端) 內(nèi)側(cè)有相似的壓力（

8、前面已經(jīng)講過）。平衡室D1 通過管子連接，將密封參考?xì)鈮毫σ矫芊鈿鈮翰羁刂破?，控制A1 處密封氣壓力高于D1 處壓力50kPa 。主密封氣源來自循環(huán)機(jī)出口或者補(bǔ)充氫壓縮機(jī)出口，通過兩組過濾器，保證主密封氣體的潔凈度為1m，然后經(jīng)控制閥將A1點(diǎn)壓力調(diào)至參考值10kPa200kPa 。主密封氣流量通過流量計(jì)前的截止閥來控制，B1 為一級(jí)密封氣泄漏排放口，由管線引出后分兩路，一路通過限流孔板后走流量計(jì)(為密封泄漏量報(bào)警提供一次參數(shù))，排放至火炬線。另一路通過一個(gè)防爆膜也接至火炬線，防爆膜平時(shí)是不通的，當(dāng)排氣室的壓力超過設(shè)計(jì)的最高壓力值時(shí)，防爆膜會(huì)破裂將氣體泄放至火炬線，從而保護(hù)排氣室的壓力不會(huì)超高

9、。二級(jí)密封氣（氮?dú)猓┩ㄟ^一組過濾器，同樣控制氣體內(nèi)的顆粒物小于1m，然后通過一個(gè)自力控制閥將C1點(diǎn)的壓力穩(wěn)定控制在設(shè)定值，然后面分為兩路，一路直接做為二級(jí)密封氣，走流量計(jì)，通過流量計(jì)前的截止閥調(diào)節(jié)進(jìn)入二級(jí)密封定的流量。另一路通過限流孔板以微正壓進(jìn)入壓機(jī)隔離腔內(nèi)。E1口為二級(jí)密封泄漏氣排放口，它是二級(jí)密封和隔離氣泄漏出的少量氮?dú)猓灾链髿庵?。隔離氣（氮?dú)猓┯啥?jí)密封氣源經(jīng)過限流孔板以微正壓進(jìn)入隔離腔，一部分從迷宮密封泄漏至二級(jí)排氣室與二級(jí)密封泄漏氣從E1口排出，另部分沿軸向竄出,隨軸承處潤滑油呼吸口排至大氣中。一加氫、二加氫裝置的干氣密封系統(tǒng)沒有二級(jí)干氣密封組件。增壓泵的的作用是當(dāng)主密封氣源壓

10、力過低，當(dāng)與平衡管的壓差低于計(jì)定的最低值時(shí)，啟動(dòng)增壓泵，以維持干氣密封系統(tǒng)正常工作。增壓泵的動(dòng)力（不是被增壓介質(zhì)）用的是裝置的氮?dú)猓^濾后受電磁閥控制，當(dāng)A1點(diǎn)和D1差壓檢測(cè)表小于0.05Mpa時(shí)打開并保持，當(dāng)高于0.11Mpa時(shí)關(guān)閉并保持。5、干氣密封維護(hù)的注意事項(xiàng)(1) 密封氣必須保持干凈、干燥；(2) 密封氣的壓力必須高于被密封介質(zhì)的壓力；;(3) 潤滑油運(yùn)行前必須先投隔離氮?dú)夂兔芊鈿猓?4) 應(yīng)避免轉(zhuǎn)子在低于1000r/ min 的轉(zhuǎn)速下連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),以保證在動(dòng)、靜環(huán)間形成一個(gè)穩(wěn)定的氣體膜；(5) 防止機(jī)組轉(zhuǎn)子倒轉(zhuǎn),螺旋槽的設(shè)計(jì)具有方向性。氣體只有沿螺旋槽設(shè)計(jì)方向進(jìn)入,才能產(chǎn)生開啟力,使動(dòng)

11、、靜環(huán)脫離接觸。如果機(jī)組轉(zhuǎn)子倒轉(zhuǎn),則會(huì)導(dǎo)致動(dòng)、靜環(huán)直接接觸發(fā)生干摩擦,產(chǎn)生大量的熱,很快就會(huì)把密封燒壞。我們幾套裝置循環(huán)氫壓縮機(jī)干氣密封參數(shù)：密封氣參數(shù)裝置名參數(shù)名稱儀表位號(hào)正常值高報(bào)警值聯(lián)鎖值一加氫主密封氣流量(NM3/h)160密封氣壓差(Mpa)0.2低報(bào)0.10.05泄漏氣壓力(Mpa)0.160.280.34泄漏氣流量(NM3/h)6.813.616.6隔離氣壓力(Mpa)0.02隔離氣流量(NM3/h)10二加氫主密封氣流量(NM3/h)300低報(bào)150密封氣壓差(Mpa)0.2低報(bào)0.1增壓泵0.05泄漏氣壓力(Mpa)0.10.30.4泄漏氣流量(NM3/h)102030隔離氣壓力(Mpa)0.01隔離氣流量(NM3/h)155300#主密封氣流量(NM3/h)17560密封氣壓差(Mpa)0.010.01泄漏氣壓力(Mpa)0.060.140.31泄漏氣流量(NM3/h)53940隔離氣壓力(Mpa)0.010.005-隔