天然气离心式压缩机干气密封失效的原因及对策

王刚

摘 要：目前，天然气离心式压缩机在我国石油天然气生产企业中的应用越来越广泛。离心式压缩机是天然气初加工装置的重要组成部分，其运行平稳程度直接决定天然气生产质量和效率。基于此，重点分析天然气离心式压缩机干气密封失效的原因并提出对策。

关键词：天然气;离心式压缩机;干气密封

中图分类号：TE974.1 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）28-00-03

Abstract： At present， natural gas centrifugal compressor is more and more widely used in China’s oil and gas production enterprises. Centrifugal compressor is an important part of natural gas primary processing equipment. Its smooth operation directly determines the quality and efficiency of natural gas production. Based on this， focuses on the causes and put forth countermeasures of dry gas seal failure of natural gas centrifugal compressor.

Keywords： natural gas; centrifugal compressor; dry gas seal

随着我国科技水平的不断提升，天然气工程的发展进入新阶段，这与我国当前天然气需求量不断增加有直接关系。在这样的行业背景下，干气密封系统也在不断完善。目前，我国天然气离心式压缩机在运行过程中依然存在密封面受到污染、电源故障及元件故障等问题，增加了干气密封失效导致系统停运的可能性，对天然气企业的生产效益造成了负面影响。天然气长输管道在运行过程中对密封性有严格的要求，一旦其密封性受到影响，势必会威胁天然气输送安全。因此，对天然气离心式压缩机干气密封失效的原因进行探索具有重要的意义。

1 离心压缩机干气密封系统概述

1.1 干气密封结构

干气密封作为流体动压轴承旋转，能够在动、静两环断面非接触前提下，形成高压隔离气膜的非接触式旋槽端面密封。这种密封是干运转中形成的气体密封，所以在离心压缩机密封部件中得以广泛运用。干气密封系统包括具备流体动力槽的动环、石墨材质的静环、弹簧、轴套及O形圈密封组件等部分。

1.2 干气密封工作原理

干气密封在不运行情况下，静环贴合轴套中转子固定动环形成密封端面，动环会跟随转子高速旋转，密封环外径位高压气体会跟随流动体压槽，被泵入动静两环中的密封间隙，在密封坝节流作用下压缩。在压缩过程中，气压不断增高，会极大地增加彈簧座负荷作用力。弹簧产生开启力，这时逐渐拉开弹簧座静环，气体会在压缩处理后跟随动静两环在断面打开约3 μm气膜。干气密封持续稳定下，将补偿环背部气体静压力作为中间介质，与弹簧作用力构成闭合力，平衡于密封面气膜压力，密封两端面持续填充于固定厚度气膜内，这样动静两环就会始终保持非接触式运转，干气密封形成的气膜如图1所示。

依据干气密封工作原理，在正常干气密封工况条件下，气膜的开启力与弹簧、介质之间产生静压作用力，形成稳定闭合力。在出现外力干扰的情况下，干气密封系统会造成气膜开启、闭合作用力失衡如果开启作用力比闭合作用力大，就会相应地增加弹簧负荷作用力，不断拉开动静两环的密封间隙，这个间隙也会逐渐扩大至开启、闭合两个作用力平衡的位置。如果开启作用力比闭合作用力小，相应的密封间隙也会随之减小。

2 天然气离心式压缩机干气密封失效原因分析

2.1 干气密封系统元件故障

如果压缩机干气密封系统元件（见图2）处于正常运行状态，那么其内部能量往往会转化为热能，然后传递到各个组织结构。这种方式可以使其内部热量与外部热量保持一致，以免影响干气密封系统的使用寿命。部分干气密封系统的元件之所以会出现故障，主要是因为信号误发导致主机和辅机保护误动。

2.2 电源故障

电源故障是导致压缩机干气密封失效的重要原因之一。随着干气密封系统在我国石油天然气企业中的广泛应用，其自动化程度不断提升，并通过在开展热工保护过程中融入动态稳定控制系统的方式来进一步控制电源故障。目前，电源缺相是最常见的电源故障，主要原因在于电源在前期设计安装过程中存在故障，导致内部部分元件损坏引发电源故障。接线短路、虚接也是导致电源故障的重要原因[1]。一旦电源出现故障，势必会影响密封系统的运行，使拒动频次在短时间内大幅提升。此外，电缆老化、接线柱进水及热控设备接触不良等因素也会对干气密封系统的运行稳定性造成影响。

2.3 密封系统中进入杂质

对干气密封系统来说，系统失效还有可能是密封系统中进入了杂质。目前，可侵入密封系统的杂质主要有2种，分别为天然气、水。我国北方地区冬季较为寒冷，室外温度通常低于-20 ℃，而水的露点则为10 ℃左右，会有液态水析出。当其体量达到一定程度后，容易被带入密封腔中，导致内部密封组件生锈，从而影响密封系统的正常运行[2]。

2.4 密封系统气流供给控制不严

在应用天然气离心式压缩机的密封系统时，应注意保证端面气膜开启与闭合之间的平衡。这需要对压缩机组的流量稳定性进行控制，并且保证其压强与密封气流的压强相适应。目前，影响密封气供给的因素主要涉及两个方面。一方面，在压缩机平稳运行过程中，其密封系统内部会提供相应的密封气流，而一旦所应用工艺发生变化，密封气流的多项参数会随之发生改变，从而引起气流泄漏等现象，直接影响密封系统的正常运行。另一方面，可能是压缩机的设计问题。压缩机组的选择和应用会直接影响密封系统的运行。由于压缩机的出口压强应高于入口压强，因此要注意应用压差的方式来提升系统的密封压强[3]。但是，目前一些设计单位在进行压缩机设计时往往将出口经过分离的气体作为密封气的主要气源。这样虽然使整个运行操作更简便，但容易导致密封气流的压强高于0.3 MPa。

3 解决天然气离心式压缩机干气密封失效问题的策略

3.1 改善系统运行环境

严格控制压缩机密封系统的运行环境是解决天然气离心式压缩机干气密封失效问题的重要措施之一。密封系统的运行环境往往比较恶劣，影响系统运行的因素也较多，因此需要对运行环境进行针对性改善。例如，在选择密封箱时，应该尽量选择小孔材料，保证其具有防潮、防雨的基本能力。此外，密封箱的小孔设计还可以保证箱内的空气流通[4]。在安装干气密封系统时，要注意将其安装到仪表柜内部，保证其远离热源和辐射，从而提升密封系统运行的安全性。

3.2 运用技术成熟的干气密封系统

干气密封系统的技术水平往往会直接影响天然气的输送效果和输送安全性。在选择干气密封系统时，应选用具有放电管的系统。在实际施工过程中，要注意做好元件的接地工作。技术成熟的干气密封系统是保证压缩机稳定运行的关键。保证干气密封系统结构的标准化程度，有利于有效体现热控自动化效果。干气密封系统的典型结构如图3所示。离心式压缩机在任何一个运行环节出现问题都有可能对天然气的输送产生影响，尤其要注意选用品质良好的热控设备，且在设备容易出现故障的前端和中间位置做好相应保护工作，进而保证密封系统的整体密封效果[5]。

3.3 加强干气密封系统的后期维护及管理

为了保证干气密封系统的整体运行稳定性，应该定期对密封系统进行检修维护，及时发现系统运行过程中存在的各种问题，并在第一时间进行处理，从而保证天然气的输送效率和企业的经济效益。天然气企业应注意对检修维护人员进行培训，使检修维护人员对当前的干气密封系统结构和运转状态有更加清晰具体的认知。在系统检修过程中，应将功能性检测放在重要位置并展开保护试验，确定干气密封系统的运行效果，从而为后续养护与维修工作的顺利开展提供保障。

3.4 天然气离心式压缩机干气密封系统的注意事项分析

離心式压缩机干气密封系统往往容易在压缩机开启或停运阶段出现故障。因此，在应用干气密封系统时应该尽量避免频繁启停。在应用密封工艺之前，要先通过密封检测和过滤方式保证系统的整洁性。在进行低点排凝操作时，注意要将泄压速度控制在0.5 MPa/min以内，以便有效控制压强，从而避免O型圈发生变形或损坏[6]。此外，在压缩机润滑油系统启动的前30 min内，要注意运用隔离器，保证其有效发挥作用，避免润滑油进入干气密封系统。当软化油系统停止运行超过30 min时，要及时切断隔离器来实现对气压的有效隔离，同时充分发挥润滑油系统的功能[7]。

4 结语

现阶段，我国石油天然气行业的发展规模不断扩大。在这样的行业背景下，天然气离心式压缩机的应用越来越广泛，而压缩机干气密封失效现象也时常发生。想要保证天然气运输的稳定性和安全性，需要深入发掘导致离心压缩机干气密封失效的因素，并采取针对性措施对其进行处理。

参考文献：

[1]李国仁.天然气离心式压缩机干气密封失效的原因及对策[J].化工管理，2019（8）：140-141.

[2]李斌.浅谈天然气离心式压缩机干气密封失效的原因及对策[J].化工管理，2018（2）：216.

[3]邹亚飞，赵宝元.天然气离心式压缩机干气密封系统失效原因分析及解决对策[J].工程技术：文摘版，2016（2）：302.

[4]聂慧俊，康成佳，张争伟.离心式压缩机干气密封故障的分析[C]//第三届中国管道完整性管理技术会议，2016：760-764.

[5]弓定振.合成气压缩机干气密封失效分析和改造[D].大连：大连理工大学，2016：123.

[6]蔡宏亮，蒋金生，韩朋科.基于事故树的干气密封磨损事件分析与对策[C]//第二届中国石油石化健康、安全与环保（HSE）技术交流大会，2015：578-581.

[7]白新红.天然气离心式压缩机干气密封失效的原因分析及对策[J].化工设计通讯，2018（4）：84.

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