离心压缩机轴端密封冲蚀问题分析与改进研究

程少高

（大庆宏伟庆化石油化工有限公司，黑龙江 大庆 163400）

1 2MCL606 型压缩机组结构特点

2MCL606型离心式压缩机其结构为水平剖分式、两段压缩，共6级叶轮，高、低压段各3级，叶轮为背靠背安装。压缩机主要由定子和转子及底座组成。定子包含：机壳、隔板、轴承、轴端密封、干气密封等。转子包含轴、叶轮、轴套、平衡盘和推力盘。富气在压缩机流道内经过两段压缩，一段压缩后介质经管线外引，经中间冷却器和气液分离器，返回二段入口再次压缩。压缩机密封采用轴端迷宫密封及双端面干气密封，各级间及平衡盘的密封均为迷宫密封。轴端密封体出厂时材质为LD10锻制铝、镁合金。

2 富气压缩机工作介质组分

从表1介质组分可以看出，富气压缩机工作介质中含有水蒸汽、硫化氢、二氧化硫等成分。

表1 富气组分

3 我公司2MCL606型压缩机运行基本情况

我公司2MCL606型压缩机为2015年投产运行，五年中进行了4次检修，每次装置开车机组运行一段时间后，干气密封高低压端干气流量逐渐上涨，高压端流量最高由0.03m3/h涨至3.5m3/h，泄漏量增加不仅增加能耗，也影响了机组的正常运行。

历年拆检查看气压机定子组件，都会发现轴端密封存在不同程度的损坏，如图1、图2。2016年检修拆检发现压缩机轴端密封中分面严重腐蚀，基本失去密封效果。2017年，更换铝、镁合金为外壳，内嵌耐腐蚀、耐磨的PEEK材质的轴端密封，但同类情况仍然再次出现，只是问题开始出现时间相比推迟，拆检后发现PEEK材质的内嵌套基本无损坏，外包的铝、镁合金材质的壳体在固定螺钉孔处严重腐蚀。2018年仍沿用合金内嵌PEEK材质的轴端密封，只是在气封体固定沉头钉内增加铜制密封垫,同时安装时采用704密封胶对轴端密封的固定螺钉及中分面进行填充，干气密封泄漏量增加的问题未再次出现。

图1 中分面损坏的合金材质轴端密封

图2 内嵌PEEK材质轴端密封损坏情况

4 结合2MCL606 型压缩机历年拆卸损坏情况分析问题原因

（1）根据轴端密封实际损坏情况，对腐蚀的因素分析。拆卸轴端密封发现有白色粉末状物质，经化验分析，该物质主要成分为铝、镁金属的化合物，结合富气成分所含的H2S、SO2及水蒸气，具备形成酸的物质条件，H2S、SO2与凝结水结合生成腐蚀性的酸，金属镁、铝与酸反应生成不稳定的盐，再发生双水解等过程，最终生成白色Al(OH)3、Mg(OH)2等金属化合物。过程式如下：

（2）结合轴端密封实际损坏情况，腐蚀并不是损坏的唯一原因。2017年以前轴端密封整体材质均为铝、镁合金，而腐蚀位置主要集中在轴端密封的中分面固定螺钉孔处，且由孔处向周围扩散，此时确定铝、镁合金被腐蚀，2017年为防止介质对铝镁合金的腐蚀，更换了价格偏高，内嵌PEEK材质、外壳仍为铝、镁合金的新型轴端密封，但此项改进，只是在问题开始出现的时间点上有所延迟，问题并未根本解决。2018年轴端密封安装时，固定螺钉上增加紫铜垫密封，并在固定螺钉安装后填充密封胶进一步密封，如图3、图4，冲蚀、腐蚀的问题基本得到控制，拆卸时只是在轴端密封与富气接触面存在微小的冲蚀。2019年更换价格更高，整体PEEK材质的轴端密封，干气密封泄漏问题未再出现，问题根本解决。

图3 全PEEK材质轴端密封加铜密封垫

图4 全PEEK材质轴端密封密封胶封堵

结合上述历年检修拆检情况及采取措施，分析问题原因如下：

（1）铝、镁合金的轴端密封不耐腐蚀和冲蚀。

（2）轴端密封固定螺钉孔安装螺钉后留有较小的中空腔体，螺钉安装时未做密封处理，存在微小泄漏，为酸介质形成提供了环境及空间。

（3）富气中的蒸汽在流过中分面时在螺钉孔处形成扩压腔，增加泄漏富气停留时间，蒸汽冷凝成水滴并吸收了富气中的H2S、SO2，形成了少量酸，铝、镁合金的腐蚀开始发生，损坏的金属表面不断扩大，集聚酸量增加，腐蚀加速，介质泄漏量不断增加。

（4）泄漏增加同时冲蚀不断加大，介质泄漏量增加使得不断有新的酸形成，气流加大，气流通流的部位，增加冲蚀与腐蚀速率。

5 结语

富气压缩机轴端密封中分面因酸性物质的腐蚀及泄漏介质冲蚀，是密封损坏的主因。富气中含有H2S、SO2等介质时，压缩机轴端密封不易采用铝镁合金材料。对于装置检修周期长，机组需连续运行2年以上的装置，轴端密封要采用耐腐蚀、抗冲蚀的高分子材料，我公司使用全PEEK材质的轴端密封并在中分面进行防泄漏处理，解决了富气压缩机组因轴端密封损坏不能长周期运行的难题。