离心式压缩机润滑与密封技术的探究

龚麒（南京诚志清洁能源有限公司，江苏 南京 210047）

润滑与密封性能是影响离心式压缩机运行质量的关键因素，其中，润滑性能主要受润滑系统设计情况的影响，即润滑系统能否达到离心式压缩机稳定、长期运行的要求，绝大部分取决于设计方案的质量。而密封性能主要受干气密封故障的干扰，经实践验证，离心式压缩机运行过程中干气密封故障发生率较高，严重影响设备运行效率。因此有必要对离心式压缩机的润滑系统设计及干气压缩故障预防进行重点分析。

1 离心式压缩机润滑系统

1.1 油箱设计

离心式压缩机润滑系统润滑油全部存储在油箱中，并完成脱气、沉降、预热处理。油箱设计要点有二，即容积选择和自由面积设定。其中，容积选择主要考虑管路和设备容积、润滑油流动损耗、油箱内液面合理高度等，确保循环回的润滑油在油箱内停留足够时间，可充分释放内部掺杂的烟气[1]。而自由面积的合理选择也可促进烟气释放，避免其再次进入到润滑循环当中。

离心式压缩泵润滑系统油箱为一种常压容器，因此其材质的选择主要考虑刚度指标。例如可安装侧板压槽，或设置外部强化钢筋提高油箱刚度，还可选用增加壁厚的方式。

1.2 油泵设计

1.2.1 油泵选型

常用油泵类型为离心式油泵和容积式油泵，二者各有优势，可根据实际需求进行选择，在国内离心式压缩泵润滑系统中，容积泵更为常见。容积泵的优点在于当温度既定时，压力对其输出流量的干扰非常有限，若压力值在0.2～0.3MPa，输出量几乎不变，有利于输出流量控制。但容积泵运行时易发生瞬时输出压力超出限定值的问题，且其必须配合自动回流调节阀使用。

1.2.2 参数设计

油泵核心参数包括转速、定额流量、输出压力和配电机功率。若选用容积泵，其转速以1450r∕min为宜，若选用离心泵，则可将转速设计为2900r∕min。以上方案能有效降低油泵运转噪音，延长油泵使用寿命。输出压力根据供油压力和管路、设备的压力损失确定，一般情况下，压力阀的压差不应低于0.2MPa。适当调低油泵出口压力，可降低配电机功率要求，具体输出压力确定可预留0.2MPa 左右的波动范围。油泵定额容量的预留范围一般为20%，避免预留量过大，导致出口调压阀选型困难。配电机功率的选择主要结合运行温度最低限、流量最高限、安全阀开闭压力进行选择，若使用离心泵，还需考虑油泵自动切换对配电机功率的要求。

1.3 过滤器设计

过滤器可保证润滑系统中润滑油的清洁程度，避免油膜遭破坏导致轴承受损。过滤器结构简单，主要包括滤芯带骨架和滤芯不带骨架两种，其性能差异并不明显。

过滤器的参数设计要点在过滤精度和疏通能力的调节，另外还包括单位流通量设置、初始压降设置、破坏压差设置等，一般将过滤精度设置为10μm。此外，过滤器应使用非金属材料，避免其受损后金属碎屑进入润滑油破坏轴承。

1.4 冷却器设计

冷却器带走多余热量，对润滑油进行降温。冷却器按照冷却介质不同，分为水冷式和空冷式两种，若运行现场条件允许，一般多选用水冷式冷却器，该类型冷却器体积小、换热性能优、前期投入低；若现场缺水则可选用空冷式。

换热面积是冷却器的核心参数，润滑油进出口温度、换热管内径、管材等均可能对换热面积造成影响。给出如下冷却器参数设计方案：（1）润滑油进出口温度：若选用标准型号润滑油，要求进出口温度分别在65℃和45℃[2]。（2）冷却水进出口温度：进口温度以32℃为宜，若为管壳式冷却器，温度可调高5℃左右，若为板式冷却器，温度可调高7℃左右。（3）换热管内径：一般不得低于16mm。

2 离心式压缩机干气密封

2.1 常见干气密封故障

2.1.1 固态杂质混入

离心式压缩机及干气密封固态杂质混入故障的诱发原因主要有三：一是密封气过滤性能不佳，导致固态杂质掺杂在密封气内进入干气密封，端面过渡摩擦受损，密封性能进一步降低最终出现干气密封故障。二是管道内固态杂质滞留，离心式压缩机运行过程中，固态杂质受气流作用进入干气密封，导致故障发生。三是设备主密封气压不足，离心式压缩机内部工艺气体被压入干气密封。工艺气体中往往含有大量固态杂质，导致干气密封被破坏。

2.1.2 液态杂质混入

液态杂质混入故障原理为，液体进入干气密封，导致动静环稳定气膜形成受阻，端面直接接触而引发干气密封故障。结合以往运行经验，离心式压缩机干气密封液态杂质混入故障主要分润滑油混入和烃类物质混入。其中，润滑油混入可能为氮气供应失稳、压力降低或压缩机内部油压超过隔离气压导致，使干气密封失效。烃类物质的混入也会破坏原本的密封效果，导致干气密封故障，影响离心式压缩机的运行稳定性。

2.1.3 动静环干磨

若压缩泵出口囤积较多高压气体，设备停运后高压气体正向作用力消除，其反向作用力施加在电机上，导致电机逆向运转。由于离心式压缩机内部动静环设计为单向螺旋结构，电机逆向运转时并不会形成稳定气膜，导致各元件间直接接触发生干磨，干气密封受损。

2.2 干气密封故障预防和处理措施

2.2.1 固态杂质引发的故障处理

第一，适当选择、安装过滤器，实时观测过滤器压差，及时进行设备更换。密封气过滤装置应常备备用设备。密封气过滤装置一般由粗过滤器和精过滤器构成，综合过滤精度可达到1μm，避免固态杂质划伤密封端面[3]。监控过程中，若发现过滤器压差高于合理范围，应及时启动备用设备，并更换过滤器滤芯。第二，离心式压缩机系统正式投入使用之前，需对密封气管路做彻底清理，清除内部细微固态杂质，避免杂质进入干气密封。第三，主密封气应供应稳定、充足，主密封气应在工艺气进入压缩机气缸之前到位，要求将密封气压力控制在3.5～4.35MPa，防止工艺气杂质混入干气密封。

2.2.2 液态杂质引发的故障处理

润滑油混入故障的防控主要应避免氮气供应失稳现象的出现，可在供氮出口加装压力检测设备，实时采集压力值并传输至控制系统，若实际压力达到临界值，系统自动报警，提醒操作人员对离心式压缩机的运行参数进行调整，防止润滑油进入干气密封。压力临界值一般设置为0.4MPa。另外，隔离气供气阀的关闭应在压缩机关闭一段时间、高位油箱内液面降低后进行。

烃类物质的预防可在干气密封气源管内安装电伴热设备，加热流经的干气，确保干气密封的主密封气温度不低于20℃，从根源上减少烃类物质的生成，预防液态杂质混入干气密封故障的发生。

2.2.3 动静环干磨引发的故障处理

动静环干磨故障防控措施有二。第一，安装单向阀，将离心式压缩机出口回路的高压气流截断，避免高压气流干扰离心压缩机的正常运转，防止密封面干磨。第二，安装泄压阀，离心式压缩机停止后，若其出口管线内压力超过既定值，泄压阀自动开启，将高压气体部分排出。除以上措施，在日常工作中，合理开展盘车作业，严格控制盘车时间和转速，避免破坏干气密封。

3 结语

润滑系统及干气密封在离心式压缩机稳定运行中发挥出关键作用。润滑系统设计要点在油箱、油泵、过滤器和冷却器的选型和参数设定，干气密封故障排查则主要针对固态杂质混入故障、液态杂质混入故障和动静环干磨故障进行。加强离心式压缩机设计安装管理，并做好后期运行维护，使其润滑及密封性能始终保持在较高水平。