干气密封在含硫氮气循环风机中的应用

赵月刚　韩爱峰　李　帅

(1.陕西未来能源化工有限公司陕西榆林719000; 2.阳煤平原化工有限公司山东平原253100)



干气密封在含硫氮气循环风机中的应用

赵月刚1韩爱峰2李帅1

(1.陕西未来能源化工有限公司陕西榆林719000; 2.阳煤平原化工有限公司山东平原253100)

各类有毒有害介质风机中，密封大多采用迷宫密封+氮气保护+石墨密封的结构，其密封泄漏会严重影响现场工作环境。随着密封技术的发展，干气密封技术的发明和应用彻底解决了困扰高速离心压缩机的轴封问题，密封的使用寿命及性能都得到了很大提高，为机组稳定、长周期运行提供了保障。目前，干气密封大部分应用在高速旋转设备，而在风机类产品中应用较少。为了改进含硫氮气循环风机密封中存在的缺陷，陕西未来能源化工有限公司将净化变换工段干气密封技术应用到了含硫氮气循环风机中，取代了原来的迷宫密封+氮气保护+石墨密封的结构，现场零泄漏，运行稳定。

1鼓风机设计技术参数

C(N2)105-4.196/3.396型多级双支撑离心鼓风机设计技术参数见表1。

表1　多级双支撑离心鼓风机设计技术参数

2改造前密封

2.1结构原理

进气室轴封与出气端轴封采用石墨密封+氮气保护+迷宫密封结构，该密封组由石墨密封体及4组石墨拼环迷宫密封体、充氮腔及锥管接头、迷宫密封轴套及密封环组成。石墨密封由盖板、密封架、侧盖及4组石墨拼环迷宫密封体组成，采用分瓣式密封环。工作时，利用自身回弹性及柔软的特性，在机械力作用下产生一定压缩变形，达到密封效果，密封体及密封环材质为ZL104。

2.2存在的问题

(1) 采用弹力补偿的分瓣式石墨密封结构形式大多应用在往复密封上，结构形式多是阻流环+切向环+径向环，可以在圆周定位；但用在旋转运动的风机上，只设有4组切向环，每组独立，每组3个开口会旋向一个方向，造成开口间隙大，并且多组设计在定位时不方便错开，因此，气体泄漏量大。

(2) 石墨密封环选材时，硬度过高会造成风机工作时噪音大、有刺耳声音、冒烟；硬度过低会加快磨损，缩短密封环使用寿命。轴套选材时，硬度过低会造成自身磨损加快；硬度过高会造成密封环磨损较快，因此，该密封使用寿命较短，不利于设备稳定安全运行。

(3) 石墨密封+氮气保护+迷宫密封结构存在气体泄漏，泄漏的硫化氢为无色、有刺激性和窒息性气体，人在接触高浓度硫化氢后会引起呼吸困难甚至心跳停止突发昏迷。从安全性角度来看，该密封达不到零泄漏，曾多次提出安全隐患要求改造。

3改造后干气密封

3.1更换干气密封需改造部位

(1) 根据干气密封结构重新加工轴套，表面粗糙度Ra提高至0.8 μm，留出间隙0.1 mm，轴套尺寸外径为109.92 mm。

(2) 干气密封腔壳体上部增加一处螺孔，用螺栓固定干气密封，防止转动。

(3) 风机干气密封腔壳体的加工表面粗糙度Ra为3.2 μm，保证干气密封外圆O形圈与壳体的圆周密封。

3.2结构说明

干气密封为C900-110集装式单端面加碳环密封结构，工艺介质为循环氮气(含硫)，其温度40 ℃、入口压力0.25 MPa、流量1 500～3 000 m3/h(标态)；风机转速3 000 r/min；密封气为纯净、干燥的氮气，其氮气压力约为0.6 MPa。该密封只能单向运转，分驱动侧和非驱动侧干气密封。此单端面干气密封在风机中作为主密封使用，其有以下特点：①用氮气作为阻封介质，可以保证工艺介质“零泄漏”，保证对环境及工艺介质无污染；②干气密封在气源和工况稳定的情况下可长时间连续运转，几乎不用维护，性能稳定。

3.3密封安装前的准备工作

检查安装密封相关部位：①轴肩倒角(30°×2 mm)；②轴向窜量以及跳动情况，圆跳动要求≤0.04 mm；③密封腔表面情况；④保持安装干气密封处轴套光洁；⑤密封腔尺寸与密封装配图是否一致，轴与腔体的垂直度和同心度；⑥轴的旋向必须和密封总图所示方向一致；⑦轴套及压盖密封圈上涂抹少量专用润滑脂。

3.4干气密封的安装

(1) 安装时无需解体，直接用配套的安装工具将密封整体安装到密封腔即可。

(2) 转子安装时，以非驱动侧轴承定位，注意先将底部干气密封限位螺栓拆卸，防止转子安装后无法拆卸，并检查外侧壳体与风机壳体相配合的止口位置是否正确以及干气密封外侧壳体防转孔位置是否在正上方。

(3) 将密封防转顶丝锁紧，并将传动环上的紧定螺钉锁紧在轴上。

(4) 密封安装完毕后，取下安装板并妥善保存，以备下次拆卸时使用，盘车无异常即可。

3.5干气密封的拆卸

(1) 装上安装板，松开驱动环，上紧螺钉。

(2) 取下连接螺栓，使用配套的拆装工具将整套密封取下。

3.6干气密封控制系统安装说明

(1) 干气密封控制系统是密封的重要组成部分，由密封气过滤单元和泄漏监测单元组成，其为干气密封长期稳定运行提供保障。

(2) 过滤单元：外部管网氮气由预留的法兰进入控制系统，首先经过卡套式球阀(控制管网氮气进入系统)，再通过过滤器、减压阀、压力开关、单向阀，最后进入干气密封和主密封形成的密封腔。

3.7干气密封的运行及监测

3.7.1干气密封的运行

(1) 风机运转前，应将连接到干气密封腔的进气管线脱开，打开氮气入口阀，对系统管线进行吹扫。

(2) 风机运转前，应先打开氮气入口阀和截止阀，对干气密封充压，然后正常启动风机。

(3) 调节密封气系统的减压阀开度，使干气密封腔氮气压力维持在0.6 MPa左右；打开系统所有的截止阀，保证系统通路畅通。

(4) 做好以上工作后，密封可随时开启。

(5) 风机停运后，须先将风机泄压，然后关闭氮气入口阀，将干气密封腔泄压。

3.7.2密封的监测

密封在运转过程中，通过密封气系统可对干气密封的运行状况进行监测。

(1)若密封气入口压力表显示过低，表明干气密封泄漏过大。

(2)若干气密封流量计示数持续增大，表明干气密封系统管线接头处可能有泄漏；若确定系统无泄漏，则表明干气密封有损坏。

3.8干气密封的日常保养和维护

正常操作条件下，干气密封不需要任何维护，只需对密封气入口压力和氮气流量进行监测，每天记录数据。干气密封使用中应注意以下几个方面：

(1) 保证密封气的供应充足，氮气压力的突然波动或切断都会影响干气密封的使用寿命，严重时甚至造成损坏。

(2) 密封泄漏主要通过流量计和压力表来显示。若压力表示数持续下降，或者流量计示数持续增大时，则有可能是干气密封损坏造成的。

(3) 在运行过程中，应保证密封气压力高于密封腔的压力，反压可导致主密封的损坏(禁止未对干气密封冲压就进行风机充压)。

(4) 少量的润滑油或其他液体进入干气密封端面，虽不会对密封造成危害，但应尽量避免此类情况的发生。

4结语

通过干气密封改造替代迷宫密封，氮气循环风机实现了硫化氢气体零泄漏，维修率大大降低，为化工生产提供了安全保障，改善了职工的操作环境。今后，技术人员还要不断加强设备的维护和管理工作，采用新技术、新工艺，使设备更好地服务于生产。

(收稿日期2015-09-07)