干气密封泄漏原因分析与解决措施

辛根源

（中国石油克拉玛依石化公司 新疆克拉玛依）

一、概述

中国石油克拉玛依石化公司的100万吨/年延迟焦化装置中的2MCL457型富气压缩机，最大流量13 000 m3/h，进口压力0.1 MPa，出口压力1.36 MPa，一阶临界转速4636 r/min，二阶临界转速18 484 r/min，跳闸转速12 925 r/min，调速范围8400～11 750 r/min，工作介质为焦化富气，进口介质温度40℃，出口介质温度123.6℃，额定功率16 970 kW，缸内叶轮级数为7级，首级叶轮名义直径为450 mm，机组由汽轮机驱动，轴端采用干气密封形式。

1.干气密封组成

富气压缩机干气密封为螺旋槽双端面密封，由静环、动环组件(旋转环)、副密封O形圈、精密封、弹簧和弹簧座(腔体)等组成。弹簧在密封无负荷状态下使静环与固定在轴上的动环组件相配合，动环采用单向双列螺旋槽结构。

2.干气密封原理及控制系统

双端面干气密封由两组单端面干气密封组成，在两组密封之间通过氮气作阻塞气体形成一个阻塞密封系统，氮气的压力始终控制在比被密封介质压力略高0.2～0.3 MPa的水平，使其在大气与介质气之间起到阻隔作用，保证工艺介质气体不会向大气泄漏。外置大气端（轴承端）的密封型式为碳环密封，可以避免轴承箱中的润滑油进入干气密封腔内，保证干气密封在洁净干燥的环境下运行。干气密封控制监测系统由密封气过滤单元、干气密封泄漏监测单元、密封隔离气单元组成，见图1。

密封气过滤单元是干气密封控制系统的核心，氮气经过过滤单元进入干气密封，保证密封面不受颗粒杂质的损坏。干气密封泄漏监测单元的作用是通过对主密封气注入量及干气密封泄漏量的监测来确认干气密封是否运转正常。主密封气入口端显示的流量即为两端泄漏量之和，数值由金属转子流量计测量并远传至控制室，该值稳定且较小，任何一端的干气密封出现意外失效都会导致流量的急剧增大，若达到设定值3 m3/h时，控制机组运行的ESD系统发出报警信号。隔离气单元的作用是通过注入0.4 MPa的仪表风将干气密封与轴承润滑油隔离，防止干气密封受润滑油的污染。同时隔离气可将干气密封泄漏出的微量介质气体吹除排空。

二、干气密封泄漏及原因分析

1.故障现象

（1）压缩机在正常运行过程中出现低压端干气密封主密封气流量迅速上升，大约8h内由正常值0.38m3/h上升到3.5m3/h，超过主密封气流量Q≥3 m3/h的报警值，主密封气和缓冲气的压差变化不大，维持在430 kPa左右。高压端干气密封主密封气流量0.48 m3/h正常，其他各监控点指示正常。

图1 干气密封控制系统

（2）压缩机在正常运行过程中高压端干气密封泄漏量增大，主密封气流量在10 h内由0.48 m3/h开始快速上升到3.8 m3/h（流量表满量程），现场仪表检查确认流量表显示正常，无假显示现象。压缩机支路油压为0.23 MPa，密封隔离气压力为0.23 MPa，都没有变化。机组运行一段时间后主密封气流量值仍无回落，泄漏量未减少。

2.原因分析

拆解压缩机干气密封后检查发现干气密封内流入液体，造成密封碳环磨损，致使干气密封失效。分析干气密封内进液主要有两方面原因：

（1）压缩机开机后支路润滑油压力偏高、油量大，回油腔液位偏高，致使密封隔离气和梳齿密封不能有效的密封轴承润滑油，造成少量润滑油漫入低压端干气密封的动环和静环之间，见图2、图3。

图2 梳齿密封内残液痕迹

（2）工艺介质富气进入压缩机温度较高，最高可达62℃（富气湿式空冷设计存在问题，冷却效果差）远大于40℃的设计要求，因此造成富气带液严重。压缩机运行过程中，富气中液滴逐步凝结聚积，缓慢渗入干气密封内，见图4。进入干气密封内的液体浸入到动环和静环之间，液体的张力作用使动、静环牢牢的粘在一起。机组运转时，螺旋槽内产生的开启力小于闭合力，无法将密封面分开形成气膜，使密封面变成接触性摩擦，从而导致密封泄漏量增加，严重时会使密封面磨损，导致密封失效，见图5。

三、解决措施及效果

（1）更换油压调节阀，保证润滑油压力控制平稳。在开机前将各支路油压调至0.2 MPa，密封隔离气压力由0.15 MPa调至0.25 MPa。更换对梳齿密封，以确保密封隔离气和梳齿密封能有效的密封轴承润滑油，而使润滑油不会浸入干气密封内。

（2）改造压缩机富气流程，一级返飞动量经过中间冷却器后返入口分液罐，不经过富气空冷以降低富气空冷负荷，有效降低了富气进压缩机时的温度。对压缩机入口分液罐、中间分液罐、入口脱液包加强脱液处理，避免由于富气带液过多造成的液滴凝结聚积。

图3 润滑油浸入密封静环表面

图4 工艺气凝液附着在密封表面

图5 动环上密封碳环磨损痕迹

实施改进措施重新开机后，压缩机富气温度在40℃左右，富气温度高引起的带液问题得到有效解决。干气密封高、低压端流量在正常范围内，其他各点参数正常。油压调整后各轴瓦温度没有受到影响。富气压缩未出现异常，干气密封泄漏量在正常范围内，机组运转情况良好。