淺議影響壓縮機(jī)干氣密封使用壽命的因素

1、論文導(dǎo)讀：由于兩密封面在設(shè)備充壓至一定壓力后及運(yùn)行過程中不接觸,故干氣密封具有轉(zhuǎn)速范圍廣、密封介質(zhì)壓力較高、使用壽命長(一般能運(yùn)行5.0104h)、維護(hù)量小、可靠性高、介質(zhì)泄漏量低等優(yōu)點(diǎn)。為了保證進(jìn)入干氣密封的密封工藝氣潔凈,且其壓力始終高于壓縮機(jī)的入口壓力(R2R機(jī)組的差壓為269kPa),對已安裝了軸端干氣密封裝置的壓縮機(jī)均配設(shè)密封工藝氣處理裝置。關(guān)鍵詞：壓縮機(jī)，干氣密封，使用壽命1.干氣密封的工作原理干氣密封是20世紀(jì)60年代末從氣體動壓軸承的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型非接觸式密封,主要由旋轉(zhuǎn)環(huán)(合金鋼)、靜環(huán)(碳環(huán))、密封圈、彈簧、彈簧座和軸套等組成。旋轉(zhuǎn)環(huán)密封面經(jīng)過研磨和拋光處理,并在

2、面上加工出流體動壓槽,氣體槽深度僅有幾微米。干氣密封動環(huán)與靜環(huán)的幾何形狀是經(jīng)過精心設(shè)計(jì)和加工的,二者在兩種情況下分開。一是當(dāng)機(jī)殼內(nèi)介質(zhì)充壓至一定壓力時(GE機(jī)組為0.6MPa),干氣密封動環(huán)與靜環(huán)便脫離接觸;二是機(jī)殼內(nèi)介質(zhì)表壓為零,當(dāng)干氣密封旋轉(zhuǎn)環(huán)旋轉(zhuǎn)時(GE機(jī)組的動環(huán)圓周線速度達(dá)1.2m/s),機(jī)殼內(nèi)介質(zhì)氣體被吸入動壓槽內(nèi),由于氣體槽未開透至密封面內(nèi)側(cè),故在動壓槽根部就產(chǎn)生了密封堰的節(jié)流作用。進(jìn)入密封面的氣體被壓縮,在該氣體壓力的作用下,密封面被推開,流動的氣體在兩個密封間形成一層很薄的氣膜(厚度一般為3μm)。當(dāng)氣體靜壓和彈簧力形成的合力與氣膜反力相等時,氣膜厚度就十分穩(wěn)定,這個穩(wěn)定

3、的氣膜可以使密封端面間保持一定的密封間隙,因此保證了密封的可靠性。由于兩密封面在設(shè)備充壓至一定壓力后及運(yùn)行過程中不接觸,故干氣密封具有轉(zhuǎn)速范圍廣、密封介質(zhì)壓力較高、使用壽命長(一般能運(yùn)行5.0104h)、維護(hù)量小、可靠性高、介質(zhì)泄漏量低等優(yōu)點(diǎn)。2.干氣密封的結(jié)構(gòu)及安裝情況R2R壓縮機(jī)安裝的是JHONCRANE公司28XP型干氣密封,該密封是雙密封結(jié)構(gòu),在它與壓縮機(jī)殼體內(nèi)側(cè)之間安裝有一道迷宮密封,以防止機(jī)組運(yùn)行時不潔凈的工藝氣進(jìn)入密封工藝氣室,保護(hù)干氣密封第一道密封面。此外,在密封與軸承腔間一般配套安裝隔離密封,以防止?jié)櫥臀廴靖蓺饷芊獾诙烂芊饷妗Ｃ芊夤に嚉膺M(jìn)入干氣密封第一道密封室,極少部分通

4、過第一道密封處的氣隙排至一安全的區(qū)域,絕大部分通過安裝在干氣密封與壓縮機(jī)內(nèi)殼之間的迷宮密封進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi),從而保進(jìn)入干氣密封工藝氣室的天然氣是潔凈的。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行或停機(jī)而滑油泵運(yùn)行時,在干氣密封與軸承室之間安裝的一隔離密封需連續(xù)不斷地供給一定壓力的潔凈壓縮空氣,這些壓縮空氣進(jìn)入隔離密封后從其兩端與軸之間的迷宮密封處流出,從而防止?jié)櫥瓦M(jìn)入干氣密封內(nèi)而污染密封面。3.干氣密封工藝氣處理系統(tǒng)為了保證進(jìn)入干氣密封的密封工藝氣潔凈,且其壓力始終高于壓縮機(jī)的入口壓力(R2R機(jī)組的差壓為269kPa),對已安裝了軸端干氣密封裝置的壓縮機(jī)均配設(shè)密封工藝氣處理裝置。長輸天然氣管道壓縮機(jī)干氣密封工藝氣一般取自壓縮機(jī)

5、出口的高壓天然氣,經(jīng)調(diào)壓、過濾后再送入壓縮機(jī)驅(qū)動端、非驅(qū)動端的干氣密封的密封工藝氣室。4.干氣密封提前損壞的原因干氣密封的旋轉(zhuǎn)環(huán)與靜環(huán)的密封面加工精度非常高,從而能保證兩個端面之間以非常小的間隙來相對旋轉(zhuǎn)。但是,如果密封面之間進(jìn)入了固體雜質(zhì)或液滴,就會破壞密封面之間密封工藝氣膜的穩(wěn)定,使正在相對旋轉(zhuǎn)的密封面可能相互接觸而造成密封面的損壞。尤其是當(dāng)液體雜質(zhì)進(jìn)入密封面后,導(dǎo)致密封面接觸,由于兩個密封面相對旋轉(zhuǎn)的速度很高,會使液體雜質(zhì)中的碳?xì)浠衔锼查g碳化而粘在密封面上,使旋轉(zhuǎn)環(huán)密封面變形,從而破壞其密封性能。另外,干氣密封與壓縮機(jī)內(nèi)工藝氣之間只有一處迷宮密封,而迷宮密封是要在氣體處于流動的情況下才

6、能起到一定的密封作用,同時該密封不能承受較高的壓力。因此,從干氣密封的結(jié)構(gòu)及工作原理來看,只有保持密封工藝氣及密封腔的清潔及密封工藝氣在壓縮機(jī)殼體充壓時處于流動狀態(tài)下,才能保證干氣密封長期穩(wěn)定運(yùn)行。但是,由于上游氣田設(shè)備的原因,西氣東輸管道2005年611月期間為濕氣輸送階段,導(dǎo)致進(jìn)入管道的天然氣的水露點(diǎn)及烴露點(diǎn)均超過設(shè)計(jì)要求(管輸天然氣的工況下水露點(diǎn)及烴露點(diǎn)應(yīng)低于輸送管道所處環(huán)境最低溫度5)。在濕氣輸送持續(xù)的一段時間內(nèi),2005年初投用的R2R壓縮機(jī)組有多套非驅(qū)動端干氣密封被損壞。對損壞的干氣密封解體后發(fā)現(xiàn),損壞的原因是干氣密封的密封面受到污染所致。4.1機(jī)組啟機(jī)設(shè)計(jì)原因因?yàn)楦蓺饷芊庖螽?dāng)壓

7、縮機(jī)殼體內(nèi)有一定壓力的天然氣存在時,就需要給其提供密封工藝氣,而R2R機(jī)組在機(jī)組啟動前沒有專門給干氣密封提供啟動密封工藝氣的裝置。R2R壓縮機(jī)的非驅(qū)動端干氣密封與工藝氣之間除了密封上的一道迷宮密封外再沒有其它的密封裝置,而迷宮密封是要在其前后有壓差存在的情況下才能起作用。當(dāng)機(jī)組啟機(jī)程序進(jìn)入壓縮機(jī)吹掃及充壓進(jìn)程時,機(jī)組還未轉(zhuǎn)動,密封工藝氣循環(huán)還沒有建立,因而不可避免地會有一定量的未經(jīng)過濾處理的天然氣反向進(jìn)入干氣密封的第一道密封室,在機(jī)組高速運(yùn)轉(zhuǎn)時就存在導(dǎo)致干氣密封損壞的可能性。另外,機(jī)組正常停機(jī)4h后如不再啟動,壓縮機(jī)內(nèi)的天然氣才能通過放空閥放掉。在這4h期間,由于氣體的擴(kuò)散,會使干氣密封的密封

8、室內(nèi)的天然氣受到污染,對干氣密封構(gòu)成威脅。論文參考網(wǎng)。4.2天然氣的水露點(diǎn)及烴露點(diǎn)均超標(biāo)在一定的工況下,壓縮機(jī)內(nèi)的天然氣會析出液態(tài)的水及輕烴。液態(tài)水及輕烴的析出主要發(fā)生在兩種情況之下,一是機(jī)組運(yùn)行時干氣密封的密封工藝氣室析出了少量的液態(tài)水及輕烴;二是當(dāng)機(jī)組停運(yùn)后,隨著壓縮機(jī)機(jī)體溫度的降低,會有部分水及輕烴在干氣密封供氣管道的內(nèi)壁凝析出來,在下次啟機(jī)時這部分水及輕烴會隨著密封工藝氣體的流動而進(jìn)入干氣密封,對干氣密封造成影響。5.防治措施在R2R機(jī)組干氣密封的密封工藝氣供氣管道上增加一套密封工藝氣控制裝置(GCU),主要是在機(jī)組啟動程序運(yùn)行至壓縮機(jī)殼吹掃及充壓前、機(jī)組停機(jī)后至壓縮機(jī)放空結(jié)束前運(yùn)行該

9、裝置。其目的是使壓縮機(jī)干氣密封的密封工藝氣在機(jī)組未轉(zhuǎn)動而機(jī)殼內(nèi)有一定壓力的天然氣時處于流動狀態(tài),這樣壓縮機(jī)在吹掃與充壓、機(jī)組停機(jī)至壓縮機(jī)放空結(jié)束前未經(jīng)過過濾的天然氣就不會進(jìn)入干氣密封的密封工藝氣室。當(dāng)管輸天然氣的水露點(diǎn)、烴露點(diǎn)超標(biāo)時,在壓縮機(jī)運(yùn)行的過程中一定要投用GCU裝置的電加熱器,確保干氣密封氣差壓調(diào)節(jié)閥出口處的密封工藝氣溫度高于工況下的天然氣水露點(diǎn)和烴露點(diǎn)。因?yàn)樵谀壳斑\(yùn)行的壓力條件下,天然氣經(jīng)過調(diào)節(jié)閥的節(jié)流后會產(chǎn)生“焦2湯效應(yīng)”,節(jié)流后的天然氣溫度會有一定程度的降低。一般地,每節(jié)流1MPa,天然氣溫度會降低近4。若壓縮機(jī)入口壓力為6.5MPa,壓比為1.4的情況下,壓縮機(jī)出口壓力則為9.

10、1MPa,壓縮機(jī)干氣密封氣差壓調(diào)節(jié)閥處的壓降約為2.3MPa,在調(diào)節(jié)閥處由于節(jié)流所造成的溫降約為10,再加上GCU整個管路、裝置的散熱損失,進(jìn)入干氣密封的密封工藝氣的溫度就有可能低于工況下的天然氣水露點(diǎn)和烴露點(diǎn),導(dǎo)致液態(tài)水及烴的析出,損壞干氣密封。論文參考網(wǎng)。因此,在機(jī)組運(yùn)行時,應(yīng)根據(jù)管輸天然氣的氣質(zhì)情況及時投用GCU裝置內(nèi)的電加熱器。在壓縮機(jī)干氣密封的密封工藝氣供氣管道上增加電伴熱及保溫。這主要是將干氣密封工藝氣過濾器下游至進(jìn)入密封室之前這一段管道進(jìn)行伴熱及保溫,并將電伴熱系統(tǒng)設(shè)為自動運(yùn)行方式。當(dāng)密封工藝氣供氣管道的溫度低于40時,電伴熱自動啟動,使該段管道的溫度保持在一定的溫度之上,其主要作用是防止在壓縮機(jī)停機(jī)后該段管道內(nèi)產(chǎn)生凝液。此項(xiàng)措施已在甘肅段壓氣站的壓縮機(jī)上實(shí)施。機(jī)組停運(yùn)后在確認(rèn)短時間內(nèi)不再啟動,應(yīng)盡快執(zhí)行壓縮機(jī)放空程序。值得注意的是,不能執(zhí)行緊急放空程序,否則會使壓縮機(jī)內(nèi)的天然氣壓力下降過快,有可能會使進(jìn)入干氣密封