發布時間：2021-03-20所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： [摘要]石油化工領域離心壓縮機是必不可少的機電設備，其穩定運行對整個生產過程具有非常重要的影響。本文以某企業使用的離心壓縮機為例，對其在運行過程中出現的干氣密封故障進行了詳細分析。在對離心壓縮機進行拆解檢查的基礎上，分析了設備出現干氣密封故
[摘要]石油化工領域離心壓縮機是必不可少的機電設備，其穩定運行對整個生產過程具有非常重要的影響。本文以某企業使用的離心壓縮機為例，對其在運行過程中出現的干氣密封故障進行了詳細分析。在對離心壓縮機進行拆解檢查的基礎上，分析了設備出現干氣密封故障的原因，在此基礎上提出了一些建設性的處理措施。
[關鍵詞]石油化工業;離心壓縮機;干氣密封;故障;處理措施
多年來，石油化工產業為我國社會經濟發展做出了重要貢獻，保障石油化工領域的可持續發展是促進經濟發展的重要基石。石油化工業中離心壓縮機是非常重要的機電設備，該設備能否安全可靠運行直接影響石油化工生產過程的穩定。但由于石油化工生產作業環境復雜，離心壓縮機在正常工作時容易受到外部各因素影響，產生各種故障，造成石油化工生產過程不連續。如國內某石油化工企業使用的離心壓縮機在正常運行中，突然出現干氣密封失效，導致一級密封泄漏氣流量出現快速上升并達到了極限值，使生產設備緊急停機，給企業造成了重大經濟損失。本文主要針對該起離心壓縮機干氣密封故障進行深入分析和研究，并提出處理措施，對其他類似故障問題具有一定借鑒作用。
1干氣密封基本工作原理
與傳統的密封結構相比，干氣密封存在其特殊之處。最典型的創新在于干氣密封屬于非接觸式密封，它主要是基于流體動力學基本原理實現密封效果。圖1所示為典型的干氣密封結構以及密封旋轉環裝置原理示意圖。從圖中可以看出，整個干氣密封結構由多個零部件構成，其中密封旋轉環是非常關鍵的零部件。密封旋轉環結構特殊，性能好壞對干氣密封結構的運行可靠性有重要影響。密封旋轉環的表面通常需要進行拋光處理，以降低表面的粗糙度，同時還要在表面開設結構較為特殊的動壓槽。
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干氣密封旋轉環在正常工作時處于高速旋轉狀態，動壓槽內部會吸入大量的氣體，并在密封堰內部做循環流動。由于密封堰結構特殊，氣體在內部流動時會被壓縮，導致壓力與其他位置相比較高。在壓力作用下可以將整個密封面向外推開，在彈簧力的綜合作用下，相鄰密封面之間可以形成一層厚度非常薄的氣膜。已有的實踐和理論研究均表明，當該層氣膜厚度控制在2~3μm左右時穩定性最好。干氣密封結構如受到外部因素影響，導致密封堰內氣體壓力出現變化時，就會對氣膜厚度產生影響，進而影響結構的密封性。只有當外部干擾徹底消失后，干氣密封結構才能恢復正常工作
2離心壓縮機干氣密封結構失效故障
某石油化工企業使用的離心壓縮機已連續正常工作兩年左右。但在某次使用時結構兩端的干氣密封結構無征兆地發生了一級密封泄漏，且泄漏量出現快速上升的趨勢。驅動端的泄漏達到滿量程后，一直沒有得到恢復。非驅動端同樣出現了嚴重的泄漏，達到了滿量程，但經過一段時間后逐漸恢復到正常狀態。由于離心壓縮機出現了故障問題導致無法正常工作，因此將相關設備停機，對離心壓縮機進行拆解全面檢修，以排除故障，具體拆解過程如下：
2.1驅動端干氣密封
驅動端的二級密封未出現明顯的故障問題，各零部件也沒有發現明顯的損壞。由于故障主要出現在一級密封，因此對該部位的零部件進行重點檢查。對旋轉環和靜環密封端面進行檢查，發現未出現不正常的磨損，且整個動壓槽基本完整。對與彈簧接觸的推環進行檢查時發現，其尾部存在顯著的黑色磨屑。正常情況下推環密封圈應為白色，而檢查發現該處位置呈現黑色，且質地較軟，可以推斷該物質為外部物質。拆下靜環對推環C型密封圈進行檢查，發現該密封圈已經出現了明顯的斷裂，長度達7mm，基本可以斷定該處位置是導致氣體泄漏的根本原因。進一步檢查發現推環C型密封圈上同樣存在很多軟質黑色雜質。
2.2非驅動端干氣密封對二級密封
結構進行檢查，未發現明顯的故障問題。然后對一級密封結構進行系統全面檢查，發現問題同樣是出現在推環C型密封圈上，密封圈上出現了很多軟質黑色雜質，但未出現明顯裂紋。其他結構件均未發現明顯損傷。
2.3控制系統過濾器濾芯
將控制系統過濾器濾芯拆除檢查，發現濾芯表面附著有很多直徑稍大的顆粒雜質，這些雜質的存在會在很大程度上阻礙氣體流動。
2.4離心壓縮機干氣密封結構失效原因
根據上述離心壓縮機拆解檢查結果，分析干氣密封失效的原因，主要有：
(1)推環與C型密封圈溝槽之間的間隙太大。推環與C型密封圈溝槽之間的間隙大小對結構性能具有非常重要的影響，需要對其進行嚴格控制。如間隙值太小，導致推環無法正常活動，嚴重時會導致推環出現卡死問題。而間隙值過大，在高壓環境下可能存在被擊穿的危險。經過現場實際測量發現，該裝置的推環與C型密封圈溝槽之間的間隙雖然比最佳值稍大，但是差距不明顯。因此認為該因素不是造成離心壓縮機出現密封失效的根本原因。
(2)C型密封圈出現非正常磨損導致部分區域變薄。推環與彈簧直接接觸，彈簧的力直接作用在推環上，與靜環和旋轉環之間形成閉合力。在實際運行中推環與C型密封圈并非處于完全相對靜止的狀態，兩者之間會發生相互串動現象。另外，推環C型密封圈所處位置氣流很難進入，一旦該部位混入顆粒雜質，很難將雜質清理干凈，在長時間運行過程中，雜質會對密封圈造成嚴重磨損。當磨損達到一定程度后密封圈厚度逐漸變薄，在高壓氣體作用下密封圈可能被擊穿，最終出現明顯的裂紋。對離心壓縮機干氣密封結構進行拆檢，發現該位置的密封圈存在黑色松軟雜質，且存在7mm長的裂紋，因此可以認定該因素是導致結構出現密封失效的最重要原因。
(3)C型密封圈自身質量問題。C型密封圈結構比較特殊，主要由螺旋彈簧并填充四氟乙烯生產加工制作而成。由于對該零件的性能要求相對較高，國內目前很難生產出滿足性能要求的產品，C型密封圈主要是從國外進口。進口產品雖然整體質量相對較高，具有良好的穩定性，但不排除個別零部件存在質量不達標的問題。如果C型密封圈在生產加工時存在混料攪拌不均勻或者部分區域存在雜質，都可能嚴重影響其使用性能。這類問題在出廠檢查時很難發現，只有放置很長時間甚至在使用時才會逐漸暴露出來。該因素可能是造成本文所述離心壓縮機干氣密封失效的原因之一。
(4)控制系統自身存在缺陷。拆檢時發現過濾器濾芯表面粘附有大量顆粒較大的雜質。根據控制系統記錄的數據，在對過濾器濾芯進行更換后再次運行時，過濾器前后差壓很大。該問題的存在導致控制系統無法判斷過濾器濾芯的實際運行狀態及其過濾效果。過濾器的作用是對空氣中存在的雜質進行過濾，避免大顆粒雜質進入密封結構內部對其造成損傷。為確保離心壓縮機的正常運行，需要定期對過濾器濾芯進行更換。但由于控制系統存在缺陷，無法對濾芯實際運行狀態進行判斷，當濾芯表面粘附有大量直徑較大的顆粒時仍未對其進行更換，導致很多雜質進入密封結構內部。
3干氣密封故障處理措施
以上對離心壓縮機干氣密封失效原因進行了系統分析，現結合筆者實踐經驗，對以上原因提出對應的處理措施。
(1)嚴把密封圈質量關。密封圈質量對干氣密封結構性能具有非常重要的影響，如果其質量存在缺陷，就會導致密封結構運行過程不穩定。密封圈制造商在生產密封圈時應制定嚴格的質量管理體系，對所有的商品進行嚴格檢測，滿足要求后才能流入市場。離心壓縮機生產企業在采購相關零部件時，必須對所有的零件進行檢查，尤其是要重點檢查C型密封圈的尺寸精度、材質成分等。
(2)優化離心壓縮機控制系統。控制系統無法識別過濾器濾芯運行狀態的原因，在于差壓變送器性能無法滿足要求。因此在控制系統中需要更換性能更優良的差壓變送器，并結合實際情況對報警值進行調整。確保控制系統能夠準確識別過濾器濾芯的運行狀態，定期對濾芯進行更換。避免空氣含有的雜質進入密封結構內部，對結構造成不必要的損傷。
(3)提升離心壓縮機制造精度。推環與C型密封圈溝槽之間的間隙是一個非常重要的技術參數，在對離心壓縮機進行生產制作時必須嚴格控制加工質量，進而實現該間隙值的準確控制。
4結論
離心壓縮機在石油化工領域應用非常廣泛，其運行的穩定對整個生產過程有重要影響。本文對某石油化工企業使用的離心壓縮機出現的干氣密封失效問題進行了全面系統的分析，結合離心壓縮機實際運行情況，分析了干氣密封發生故障的原因，提出了一些建設性的處理措施。——論文作者：侯東波1，楊明陽2，尹石莊3，鄧波4
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