發(fā)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(lǐng)域離心壓縮機是必不可少的機電設(shè)備，其穩(wěn)定運行對整個生產(chǎn)過程具有非常重要的影響。本文以某企業(yè)使用的離心壓縮機為例，對其在運行過程中出現(xiàn)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(chǔ)上，分析了設(shè)備出現(xiàn)干氣密封故
[摘要]石油化工領(lǐng)域離心壓縮機是必不可少的機電設(shè)備，其穩(wěn)定運行對整個生產(chǎn)過程具有非常重要的影響。本文以某企業(yè)使用的離心壓縮機為例，對其在運行過程中出現(xiàn)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(chǔ)上，分析了設(shè)備出現(xiàn)干氣密封故障的原因，在此基礎(chǔ)上提出了一些建設(shè)性的處理措施。
[關(guān)鍵詞]石油化工業(yè);離心壓縮機;干氣密封;故障;處理措施
多年來，石油化工產(chǎn)業(yè)為我國社會經(jīng)濟發(fā)展做出了重要貢獻，保障石油化工領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展是促進經(jīng)濟發(fā)展的重要基石。石油化工業(yè)中離心壓縮機是非常重要的機電設(shè)備，該設(shè)備能否安全可靠運行直接影響石油化工生產(chǎn)過程的穩(wěn)定。但由于石油化工生產(chǎn)作業(yè)環(huán)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(chǎn)生各種故障，造成石油化工生產(chǎn)過程不連續(xù)。如國內(nèi)某石油化工企業(yè)使用的離心壓縮機在正常運行中，突然出現(xiàn)干氣密封失效，導致一級密封泄漏氣流量出現(xiàn)快速上升并達到了極限值，使生產(chǎn)設(shè)備緊急停機，給企業(yè)造成了重大經(jīng)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(tǒng)的密封結(jié)構(gòu)相比，干氣密封存在其特殊之處。最典型的創(chuàng)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(xiàn)密封效果。圖1所示為典型的干氣密封結(jié)構(gòu)以及密封旋轉(zhuǎn)環(huán)裝置原理示意圖。從圖中可以看出，整個干氣密封結(jié)構(gòu)由多個零部件構(gòu)成，其中密封旋轉(zhuǎn)環(huán)是非常關(guān)鍵的零部件。密封旋轉(zhuǎn)環(huán)結(jié)構(gòu)特殊，性能好壞對干氣密封結(jié)構(gòu)的運行可靠性有重要影響。密封旋轉(zhuǎn)環(huán)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(shè)結(jié)構(gòu)較為特殊的動壓槽。
相關(guān)期刊推薦：《石油和化工設(shè)備》是由中國石油和化工工業(yè)協(xié)會主管，中國化工機械動力技術(shù)協(xié)會主辦的國家一類技術(shù)雜志。設(shè)有：專題報道、設(shè)計與制造、應(yīng)用技術(shù)、試驗研究、維護與檢修、動力技術(shù)、腐蝕與防護、專題講座等欄目。
干氣密封旋轉(zhuǎn)環(huán)在正常工作時處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，動壓槽內(nèi)部會吸入大量的氣體，并在密封堰內(nèi)部做循環(huán)流動。由于密封堰結(jié)構(gòu)特殊，氣體在內(nèi)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(wěn)定性最好。干氣密封結(jié)構(gòu)如受到外部因素影響，導致密封堰內(nèi)氣體壓力出現(xiàn)變化時，就會對氣膜厚度產(chǎn)生影響，進而影響結(jié)構(gòu)的密封性。只有當外部干擾徹底消失后，干氣密封結(jié)構(gòu)才能恢復正常工作
2離心壓縮機干氣密封結(jié)構(gòu)失效故障
某石油化工企業(yè)使用的離心壓縮機已連續(xù)正常工作兩年左右。但在某次使用時結(jié)構(gòu)兩端的干氣密封結(jié)構(gòu)無征兆地發(fā)生了一級密封泄漏，且泄漏量出現(xiàn)快速上升的趨勢。驅(qū)動端的泄漏達到滿量程后，一直沒有得到恢復。非驅(qū)動端同樣出現(xiàn)了嚴重的泄漏，達到了滿量程，但經(jīng)過一段時間后逐漸恢復到正常狀態(tài)。由于離心壓縮機出現(xiàn)了故障問題導致無法正常工作，因此將相關(guān)設(shè)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(qū)動端干氣密封
驅(qū)動端的二級密封未出現(xiàn)明顯的故障問題，各零部件也沒有發(fā)現(xiàn)明顯的損壞。由于故障主要出現(xiàn)在一級密封，因此對該部位的零部件進行重點檢查。對旋轉(zhuǎn)環(huán)和靜環(huán)密封端面進行檢查，發(fā)現(xiàn)未出現(xiàn)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(huán)進行檢查時發(fā)現(xiàn)，其尾部存在顯著的黑色磨屑。正常情況下推環(huán)密封圈應(yīng)為白色，而檢查發(fā)現(xiàn)該處位置呈現(xiàn)黑色，且質(zhì)地較軟，可以推斷該物質(zhì)為外部物質(zhì)。拆下靜環(huán)對推環(huán)C型密封圈進行檢查，發(fā)現(xiàn)該密封圈已經(jīng)出現(xiàn)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(fā)現(xiàn)推環(huán)C型密封圈上同樣存在很多軟質(zhì)黑色雜質(zhì)。
2.2非驅(qū)動端干氣密封對二級密封
結(jié)構(gòu)進行檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯的故障問題。然后對一級密封結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)全面檢查，發(fā)現(xiàn)問題同樣是出現(xiàn)在推環(huán)C型密封圈上，密封圈上出現(xiàn)了很多軟質(zhì)黑色雜質(zhì)，但未出現(xiàn)明顯裂紋。其他結(jié)構(gòu)件均未發(fā)現(xiàn)明顯損傷。
2.3控制系統(tǒng)過濾器濾芯
將控制系統(tǒng)過濾器濾芯拆除檢查，發(fā)現(xiàn)濾芯表面附著有很多直徑稍大的顆粒雜質(zhì)，這些雜質(zhì)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(jié)構(gòu)失效原因
根據(jù)上述離心壓縮機拆解檢查結(jié)果，分析干氣密封失效的原因，主要有：
(1)推環(huán)與C型密封圈溝槽之間的間隙太大。推環(huán)與C型密封圈溝槽之間的間隙大小對結(jié)構(gòu)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(huán)無法正常活動，嚴重時會導致推環(huán)出現(xiàn)卡死問題。而間隙值過大，在高壓環(huán)境下可能存在被擊穿的危險。經(jīng)過現(xiàn)場實際測量發(fā)現(xiàn)，該裝置的推環(huán)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(xiàn)密封失效的根本原因。
(2)C型密封圈出現(xiàn)非正常磨損導致部分區(qū)域變薄。推環(huán)與彈簧直接接觸，彈簧的力直接作用在推環(huán)上，與靜環(huán)和旋轉(zhuǎn)環(huán)之間形成閉合力。在實際運行中推環(huán)與C型密封圈并非處于完全相對靜止的狀態(tài)，兩者之間會發(fā)生相互串動現(xiàn)象。另外，推環(huán)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(zhì)，很難將雜質(zhì)清理干凈，在長時間運行過程中，雜質(zhì)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(xiàn)明顯的裂紋。對離心壓縮機干氣密封結(jié)構(gòu)進行拆檢，發(fā)現(xiàn)該位置的密封圈存在黑色松軟雜質(zhì)，且存在7mm長的裂紋，因此可以認定該因素是導致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)密封失效的最重要原因。
(3)C型密封圈自身質(zhì)量問題。C型密封圈結(jié)構(gòu)比較特殊，主要由螺旋彈簧并填充四氟乙烯生產(chǎn)加工制作而成。由于對該零件的性能要求相對較高，國內(nèi)目前很難生產(chǎn)出滿足性能要求的產(chǎn)品，C型密封圈主要是從國外進口。進口產(chǎn)品雖然整體質(zhì)量相對較高，具有良好的穩(wěn)定性，但不排除個別零部件存在質(zhì)量不達標的問題。如果C型密封圈在生產(chǎn)加工時存在混料攪拌不均勻或者部分區(qū)域存在雜質(zhì)，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(fā)現(xiàn)，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(tǒng)自身存在缺陷。拆檢時發(fā)現(xiàn)過濾器濾芯表面粘附有大量顆粒較大的雜質(zhì)。根據(jù)控制系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)，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(tǒng)無法判斷過濾器濾芯的實際運行狀態(tài)及其過濾效果。過濾器的作用是對空氣中存在的雜質(zhì)進行過濾，避免大顆粒雜質(zhì)進入密封結(jié)構(gòu)內(nèi)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(tǒng)存在缺陷，無法對濾芯實際運行狀態(tài)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(zhì)進入密封結(jié)構(gòu)內(nèi)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(tǒng)分析，現(xiàn)結(jié)合筆者實踐經(jīng)驗，對以上原因提出對應(yīng)的處理措施。
(1)嚴把密封圈質(zhì)量關(guān)。密封圈質(zhì)量對干氣密封結(jié)構(gòu)性能具有非常重要的影響，如果其質(zhì)量存在缺陷，就會導致密封結(jié)構(gòu)運行過程不穩(wěn)定。密封圈制造商在生產(chǎn)密封圈時應(yīng)制定嚴格的質(zhì)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(chǎn)企業(yè)在采購相關(guān)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(zhì)成分等。
(2)優(yōu)化離心壓縮機控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)無法識別過濾器濾芯運行狀態(tài)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(tǒng)中需要更換性能更優(yōu)良的差壓變送器，并結(jié)合實際情況對報警值進行調(diào)整。確保控制系統(tǒng)能夠準確識別過濾器濾芯的運行狀態(tài)，定期對濾芯進行更換。避免空氣含有的雜質(zhì)進入密封結(jié)構(gòu)內(nèi)部，對結(jié)構(gòu)造成不必要的損傷。
(3)提升離心壓縮機制造精度。推環(huán)與C型密封圈溝槽之間的間隙是一個非常重要的技術(shù)參數(shù)，在對離心壓縮機進行生產(chǎn)制作時必須嚴格控制加工質(zhì)量，進而實現(xiàn)該間隙值的準確控制。
4結(jié)論
離心壓縮機在石油化工領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，其運行的穩(wěn)定對整個生產(chǎn)過程有重要影響。本文對某石油化工企業(yè)使用的離心壓縮機出現(xiàn)的干氣密封失效問題進行了全面系統(tǒng)的分析，結(jié)合離心壓縮機實際運行情況，分析了干氣密封發(fā)生故障的原因，提出了一些建設(shè)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
