离心式压缩机干气密封系统常见故障分析

蒋 静

（大庆油田天然气分公司油气加工六大队，黑龙江大庆 163000）

0 引言

归纳总结离心式压缩机干气密封系统常见故障发现，干气密封系统的使用寿命与构成密封环境的附属系统存在较大关联。当干气密封系统工作，其背压产生变化时，密封系统及时完成动态跟随，使得密封系统中的气压与背压这两种压力持平，保持系统整体压差的稳定，进而保证干气密封系统密封环境的稳定。

1 离心式压缩机结构原理

离心式压缩机主要是通过气体作为工作介质来完成工作，这与离心泵和轴流式压缩机有很大区别。离心式压缩机工作过程中气体径向流动，会产生较大的排气压力。离心式压缩机中的转子主要由轴和叶轮两部分组成，轴承对转子起到支撑作用，止推轴承和平衡盘一起来完成轴向力的平衡作用。转子受到启动设备的驱动自身高速旋转，转子、定子、轴承作为压缩机的三大设备板块，协调配合来完成离心式压缩机的正常工作。

2 离心式压缩机的特点

（1）传统的复式压缩机排量较小，离心式压缩机与复式压缩机相比，排量明显提高，每分钟可以达到数千立方米，工作效率得到很大提升。

（2）离心式压缩机各部分零件间距较小，缩小了压缩机整体尺寸。

（3）离心式压缩机降低了零件受损率，生产工作过程中可保障平稳可靠运转。在企业内部便可以完成相关零件的维修，十分方便。

（4）经离心式压缩机完成压缩的气体，气质洁净度较高，整个压缩过程没有润滑油等杂质的参与，保证了气体洁净不被污染。

（5）离心式压缩机转速较高，能广泛应用于不同类型企业的各类车间。

（6）离心式压缩机也存在一定使用弊端，例如，不适应于小流量、大压比的加工情况下，工作完成效率较低。

（7）稳定工况范围窄。

3 离心式压缩机常见的机械故障

简单来说，离心式压缩机常见故障可以分为设计故障、制造故障、安装故障、维修不当和操作不规范等方面。

（1）如果离心式压缩机设计计算出现问题，准确度达不到使用要求。在生产过程中机器动态特性难以稳定，当工作转速达到临界转速区时，无法使压缩机达到设计的工作效率，进而增加热膨胀量的计算难度。

（2）在工人安装离心式压缩机时，若对中位置不够精准导致压缩机不断错位，压缩机内各个部件间隙没有达到正常安装标准，造成工作应力较大，安装精确度降低，造成离心式压缩机发生故障。

（3）在生产操作时规范使用是避免离心式压缩机发生故障的关键因素。在设计的工况范围内工作，能有效保障压缩机使用寿命，避免运行点接近临界转速区。时刻关注压缩机润滑油系统的润滑程度，发现操作不规范的问题应及时纠正，避免对压缩机造成损伤。

4 离心式压缩机的主要密封形式

离心式压缩机端面密封主要有机械密封、浮环密封、油膜螺旋槽面密封、干气密封和迷宫密封等密封形式。这些形式通常不会在密封系统中独立存在，往往以组合形式协同工作[1]。

4.1 机械密封

在端面密封中使用频率最高的是机械密封，机械密封受到密封面线速度的限制作用，属于接触型密封，主要出现在中低速离心式压缩机中。机械密封在离心式压缩机密封系统中有使用寿命较短、磨损较大、适用范围较小等弊端。在日常操作使用中需要格外注意其液气压差的稳定情况，以及密封液是否充足。尽管如此，仍然无法完全避免部分密封液进入工艺介质，影响被压缩气体的纯净程度。

4.2 浮环密封

浮环密封通常在开车、停车时使用频率较高，属于非接触密封。浮环密封在低转速情况下，受重力影响较大且浮环直接接触压缩机主轴，对主轴存在磨损和破坏。这就要求缩短开、停车时的时间，以免影响主轴使用寿命。浮环密封主要适合高压、高转速的场合。

5 干气密封

干气密封在20世纪80年代已经被广泛应用在离心式压缩机干气密封系统中。到目前为止，干气密封在所有的密封系统中仍然是技术含量最高的密封形式。干气密封和机械密封、浮环密封等其他密封形式相比，使用范围广泛，性能优越，在管线、炼油厂乃至石油化工等各种存在气体运输系统的行业都能够投入使用。干气密封作为非接触式密封，可以避免Pv（活塞环随接触压力P、平均速度v）值的控制，这在密封技术效果属于质的飞跃。不仅大大降低了气体密封的难度，还避免了传统密封形式中密封润滑油的不良影响，对密封系统的控制机制简单化，彻底颠覆了传统密封系统中油膜密封的地位。种种数据表明，干气密封在各个领域已经得以广泛应用。

5.1 干气密封的优点

干气密封和传统密封形式相比，能耗较低，符合节能减排的国家政策，大大延长压缩机的使用寿命，对离心式压缩机的操作可靠性也有所提高。干气密封避免了密封油的干扰和影响，减轻了离心式压缩机的整体重量和空间所占面积。对生产工艺的效果提升产生积极作用，解决了密封油干扰工艺回路的难题。干气密封系统的采购成本较高，但使用寿命较长，机器日常维护运转的费用较为低廉，使得采用干气密封系统的整体费用与其他密封系统相比，有很大程度的降低。

5.2 干气密封使用中存在的问题

干气密封系统最容易发生的故障是干气泄漏。干气密封投入使用的实际年限与厂家承诺的年限存在差距，每次拆机检查都会发现干气密封系统中动、静环的磨损情况严重，两次失效周期间隔较短且有越来越短的趋势。在企业生产过程中容易出现离心式压缩机带病运行情况，对干气密封系统频繁检修，不仅严重影响企业经济效益，对于生产安全来说也存在较大隐患[2]。

5.3 干气密封失效原因根源分析

发生干气密封失效情况，主要是机械问题造成的。因为干气密封所用的一氧化碳和天然气属于较为稳定的常见气体，其气体特性很难影响干气密封系统使用效果。不仅如此，拆机检查时高压端密封受损情况严重，但是低压端密封情况良好，种种迹象表明干气密封失效主要是一种机械失效。

对离心式压缩机整体检修时发现，干气密封失效往往伴随着压缩机高压端密封腔和机组内出现大量黄褐色粉末，低压端没有出现这种粉末。这一现象可以初步得出结论：干气密封失效的根本原因是介质中粉尘作用，引起干气密封系统失效。

5.4 压缩气进入干气密封的途径

压缩机高压端密封腔内的大量黄褐色粉末主要有两种来源途径。

（1）密封气过滤没有达到标准，导致气体过滤不够干净，影响压缩机密封气的阻挡效果，直接经由迷宫密封进入干气密封高压端和密封腔内。

（2）压缩机缸内含粉尘的压缩气泄漏，也会导致干气密封腔内出现这种现象。在离心式压缩机干气密封系统正常工作时，密封气经过过滤，然后进入干气密封腔。干气密封腔内一部分气体经过轴迷宫密封，对缸内泄漏的天然气发挥阻止作用，避免其进入干气密封腔引起压缩机工作故障；另一部分气体以密封介质的形式出现，经过干气密封端面泄漏到一级泄漏管线内[3]。

5.5 干气密封供气系统的技术改进

（1）再次升高一级泄漏压力。对离心式压缩机干气密封附属系统进行压差控制，改造高压侧密封的一级泄漏压力，争取让腔内压力达到预期变化趋势。

（2）改进压差调节系统。压缩机缸内迷宫密封系统一旦受到破坏，系统的背压迅速升高。要控制这种情况，首先应确保干气密封腔内密封气的压力和流量随之升高，只有这样才能避免干气密封腔内出现泄漏的压缩介质。技术人员总结归纳维修数据，结合实际使用经验发现，增加一个压差调节阀在密封气过滤器与干气密封管线之间，对于密封气进行动态调节控制，简单改进压差调节系统，实现干气密封供气系统的技术改进。

5.6 解决建议

技术人员研究离心式压缩机干气密封系统常见故障过程中发现，干气密封系统的使用和维护需要各个环节的人员积极改变自身观念，相互配合，解决干气密封系统故障问题。

（1）设计人员设计干气密封系统时，首先应考虑密封本体的选择，重视附属系统配置的合理性和材料的寿命周期。提高密封气系统、压缩机轴封齿轮搭配的合理性，在设计方案中合理使用双向槽密封面，有效降低了干气密封系统的故障发生率。

（2）关停压缩机时，应重点关注排气阀是否漏气，阀门是否关闭严格等细节问题。避免压缩机与排气阀之间气体较多，造成压缩机出现反转情况，引发干气密封系统故障[4]。

（3）存放干气密封系统时，坚决杜绝使用含油含脂的包装纸，应将其放在洁净的塑料袋中与干燥剂一起密封存储。再次使用干气密封系统时，先投运轴承氮气运行30 min后启动润滑油系统，减少干气密封系统零部件的摩擦损伤。

6 结语

解决分析离心式压缩机干气密封系统常见故障时，首先应对干气密封的设计原理和基本框架结构做到了然于心，逐步深入探讨其密封附属系统的设计理念和材料使用寿命周期。从多个方面进行分析论证，在最短时间内找到最适用且效率最高的故障解决方案。