【壓縮機網(wǎng)】1、引言
21-K-2471雙螺桿脫氫尾氣壓縮機是某廠(chǎng)苯乙烯裝置中脫氫單元的關(guān)鍵機組，由于壓縮機輸送的介質(zhì)中含有大量粗氫混合物，遇油易爆炸，所以壓縮機的密封一定要保障介質(zhì)與油分離。2009年和2011年都出現因密封泄漏而導致停機故障，嚴重影響裝置的正常生產(chǎn)，所以要分析造成密封泄漏的原因，尋求解決故障的方法，保障裝置的正常生產(chǎn)。
2、浮環(huán)密封工作原理
2.1 密封結構
浮環(huán)密封的實(shí)際安裝位置圖如圖1。
此壓縮機的密封共計4套，2種類(lèi)型（高壓端密封與低壓端密封），高壓端密封在總長(cháng)度方面比低壓端密封長(cháng)32.5 mm，其他內部結構相同。內部結構圖如圖2。
2.2 浮環(huán)結構
浮環(huán)結構實(shí)物圖如圖3。
此壓縮機的浮環(huán)密封環(huán)組每組都由4個(gè)1/4密封環(huán)組成（接口形式如圖3（d）），整體被一個(gè)長(cháng)彈簧繩捆在一起形成一個(gè)封閉的密封環(huán)，這樣浮環(huán)可以徑向膨脹。軸向在密封腔體內有約0.70 mm的間隙，由軸向小彈簧作為補償，一套散件如圖4。
浮環(huán)材料主要成分為填充石墨、聚四氟乙烯，具有良好的自潤滑作用，有效減少開(kāi)停機過(guò)程中磨損。圖3（a）圖的小彈簧可使浮環(huán)端面（密封線(xiàn)）在開(kāi)機前貼在級間隔板端面上，彈簧安裝在壓力高的一側端面上，如圖1所示。蒸氣進(jìn)氣室5的左、右，浮環(huán)上軸向彈簧安裝方向都是在蒸氣室5的一側。同理，氮氣進(jìn)氣室左右的彈簧安裝方向都朝向氮氣進(jìn)氣室。軸向彈簧的作用是保障端面密封的補償。
2.3 浮環(huán)密封的工作原理
如圖2中所示，靠近壓縮機內部相鄰的5組浮環(huán)是密封介質(zhì)的；靠近潤滑油箱側3組相鄰浮環(huán)是密封潤滑油的；分別通入蒸氣（密封介質(zhì)側）和氮氣（密封潤滑油側） 作為密封氣，密封氣的壓力要求為15kPa。下面分別闡述介質(zhì)密封與潤滑油密封的工作原理。
2.3.1 介質(zhì)側的密封工作原理
如圖2，蒸氣通過(guò)進(jìn)入室5進(jìn)入汽封，進(jìn)入的蒸氣分為2個(gè)方向分流，一部分向機體內部方向進(jìn)入，一部分向潤滑油側進(jìn)入。向機體內部進(jìn)入的蒸氣，一部分將浮環(huán)端面密封線(xiàn)推靠在級間隔板的密封面上，形成端面密封；一部分走徑向通氣槽，將浮環(huán)膨脹開(kāi)，在浮環(huán)與軸套之間形成一定剛度的氣膜，將機體內部向外流竄的介質(zhì)氣密封，這樣端面與徑向都形成有效的密封，由于機體內部的介質(zhì)氣與蒸氣密封氣形成對壓，所以密封蒸氣不會(huì )進(jìn)入機體，最后返回流向排污室6，進(jìn)入火炬管線(xiàn)；向潤滑油箱側流竄的蒸氣，也被浮環(huán)節流、憋壓，形成密封壓力氣，端面的密封也被推靠形成端面密封，最后在浮環(huán)與軸套之間也形成氣膜，蒸氣循環(huán)流入排污室6內排向火炬。
2.3.2 潤滑油側的密封工作原理
氮氣通過(guò)密封氮氣進(jìn)氣室7進(jìn)入汽封，也分為2個(gè)流向，向潤滑油箱內側流入的氮氣，一部分氮氣將浮環(huán)端面密封線(xiàn)推靠形成端面密封，一部分氮氣走通氣槽，將浮環(huán)膨脹開(kāi)，在浮環(huán)與軸之間形成氮氣密封膜，這樣有效的密封住潤滑油向介質(zhì)側泄漏，另一個(gè)方向的氮氣與內密封蒸氣一樣形成密封壓力氣，最終大部分（極少部分氮氣進(jìn)入油箱后，通過(guò)排氣管排出）都從排污室6排向火炬線(xiàn)。以氮氣為密封氣的另外一個(gè)目的也是為了降低爆炸危險性。
2.3.3 浮環(huán)與軸套間隙值取值
浮環(huán)與軸套之間在工作的過(guò)程中是有一定間隙的，這個(gè)間隙是由密封氣膨脹出來(lái)的，而靜止的狀態(tài)下，浮環(huán)與軸套之間無(wú)間隙，透光試驗見(jiàn)圖5。
開(kāi)機之前要通入密封氮氣與蒸氣，使浮環(huán)密封脹開(kāi)，浮環(huán)的端面密封貼死，保障密封氣保壓，標準壓力為15kPa。運行過(guò)程中，浮環(huán)與軸套間隙
內部充滿(mǎn)的密封氣，形成密封氣膜，在剛剛開(kāi)機的時(shí)候，浮環(huán)與軸套會(huì )自動(dòng)對中，運行穩定后，基本與軸套同心，浮環(huán)與軸套并不接觸，所以浮環(huán)在運行過(guò)程中不磨損。密封效果與浮環(huán)間隙有直接關(guān)系，從減少密封氣泄漏、提高密封效果來(lái)看，浮環(huán)密封運行間隙值的選取范圍為：
密封介質(zhì)側的浮環(huán)與軸套半徑間隙
S=（0.0005~0.0010） D
密封潤滑油側的浮環(huán)與軸套半徑間隙
S=（0.001~0.0020） D
其中D為浮環(huán)公稱(chēng)直徑（2471的浮環(huán)的直徑為355），單位為mm。
3、密封泄漏分析
21-K-2471尾氣壓縮機所采用的浮環(huán)密封在2009年竣工投入生產(chǎn)約45天之后就出現了微量泄漏現象。幾次非計劃開(kāi)停車(chē)的過(guò)程中，密封磨損后，泄漏量持續增大，但是由于機組無(wú)備機，所以一直利用增大密封氣壓力的辦法來(lái)實(shí)現密封。2011年4月7日非計劃停車(chē)，在開(kāi)啟12h后，機體與透平的各軸承潤滑油油箱內的潤滑油從油封處都出現大量泄漏現象，軸承箱回油管線(xiàn)視窗液位超過(guò)高報，從排氣管中噴出大量油氣混合物，油路回油不暢，現場(chǎng)停掉氮氣、蒸氣密封氣，油路才正常。這一點(diǎn)充分說(shuō)明密封氣已經(jīng)大量竄入油箱，浮環(huán)密封泄漏，要進(jìn)行解體大修。
3.1 密封泄漏形式
在檢修的過(guò)程中發(fā)現浮環(huán)磨損嚴重，出現斷裂及軸向固定小彈簧位置磨穿等缺陷。實(shí)物如下圖6與圖7。
通過(guò)圖6中可以明顯看出，密封的徑向密封面已經(jīng)磨損嚴重，密封浮環(huán)斷裂。圖7中軸向彈簧外露，也證明徑向磨損嚴重，圖8證明浮環(huán)與軸套之間間隙超標，浮環(huán)與軸套之間無(wú)法形成氣膜，浮環(huán)已經(jīng)失去密封的作用。
3.2 密封泄漏原因分析
通過(guò)現場(chǎng)測量，浮環(huán)與軸套的密封間隙已經(jīng)達到0.30mm以上，且存在偏磨現象，完全超過(guò)標準值，這樣使密封氣竄到潤滑油腔內（蒸氣也會(huì )進(jìn)入機體內部），并隨潤滑油一起進(jìn)入回油管線(xiàn)，造成潤滑油回油不暢，從而導致整個(gè)潤滑油系統循環(huán)不正常，使機組被迫停機。
3.3 浮環(huán)磨損的簡(jiǎn)因分析
?。?）運轉密封氣供給出現故障，使密封氣壓力降低，密封氣流量減少，氣膜形成不理想。特別是在開(kāi)停機過(guò)程中，氣膜形成不完全，或者形成的氣膜剛度不夠就會(huì )導致浮環(huán)與軸套直接磨損，甚至燒壞。
?。?）由于機組檢修時(shí)裝配質(zhì)量問(wèn)題或零件損壞，使浮環(huán)卡死，形成帶缺陷的氣膜，造成密封氣大量泄漏到油箱中；或者介質(zhì)竄入浮環(huán)密封腔中，形成結晶體，在開(kāi)始運轉的時(shí)候晶體與浮環(huán)發(fā)生嚴重摩擦（結晶體如圖6），造成密封泄漏。
?。?）因為機組轉速是變頻的，所以當裝置操作波動(dòng)大，即轉子轉速波動(dòng)過(guò)大時(shí)，導致壓縮機流量波動(dòng)頻繁，也會(huì )影響浮環(huán)密封氣膜的形成，使得密封泄漏，如圖9。
4、保障浮環(huán)密封穩定性的可行措施
4.1 定時(shí)檢查密封氣供給情況
密封氣的供給要時(shí)時(shí)穩定，設有穩壓閥，壓力自動(dòng)調節閥及壓力表，做到定時(shí)檢查密封供給氣的壓力及溫度，時(shí)時(shí)掌握密封氣供給情況，當溫度壓力發(fā)生變化時(shí)及時(shí)排除故障。
4.2 保障浮環(huán)密封裝備質(zhì)量
浮環(huán)密封是由多個(gè)零部件組成的，而且零部件的制造和安裝精度都要求很?chē)栏?。如果不嚴格按技術(shù)要求檢查、安裝，就可能導致浮環(huán)密封工作不正常，甚至泄漏。所以在安裝時(shí)的注意事項有以下幾點(diǎn)：
?。?）浮環(huán)端面、浮環(huán)座端面、壓蓋端面必須研磨，保證端面接觸的嚴密性，接觸面達到90%以上。
?。?）控制好浮環(huán)與軸套的間隙（安裝時(shí)不可有間隙，做透光試驗），確?？梢孕纬蓺饽?。
?。?）浮環(huán)座“O”形橡膠圈不能重復使用，檢修時(shí)必須更換。
?。?）保證浮環(huán)座端面與軸的垂直度、浮環(huán)座內圓與軸的同軸度。
?。?）組裝過(guò)程應保持清潔，各密封表面、軸表面不允許有銹斑或灰塵雜質(zhì)。
?。?）組裝時(shí)保證各密封面不被劃傷、碰破，不允許用工具敲打浮環(huán)和密封面。
?。?） 檢查浮環(huán)是否符合以下要求：表面粗糙度在Ra0.8以上；圓度為φ0.02mm以?xún)取?/div>
4.3 穩定裝置操作
在壓縮機日常操作過(guò)程中，做到盡量減少調節壓縮機的運行工況，當要調節壓縮機運行工況的時(shí)候，一定要先調整好浮環(huán)密封氣的運行壓力及溫度值，穩定后再進(jìn)行調整機組。21-K-2471機組是由透平驅動(dòng)的，所以在運行的過(guò)程中，一定要穩定控制透平的入口進(jìn)蒸氣量，保障流量穩定，這樣就能保障機組轉速的穩定，有利于保護浮環(huán)密封組的有效密封。
5、結語(yǔ)
以上從21-K-2471密封原理入手，分析此機組密封泄漏原因，提出保障浮環(huán)密封穩定性的可行性措施，從而為機組密封的穩定性提供了理論依據，為壓縮機的穩定運行奠定了基礎，更為整套苯乙烯裝置的安全、高效生產(chǎn)提供了有力保障。
參考文獻
[1] 王明玉.乙苯一苯乙烯/聚苯乙烯聯(lián)合裝置緊急停車(chē)系統的設計[J].石油化工自動(dòng)化，2001，（3 ）：7-9.
[2] 蕭開(kāi)梓.化工機器安裝與檢修[M].北京：中國石化出版社，1990.
21-K-2471雙螺桿脫氫尾氣壓縮機是某廠(chǎng)苯乙烯裝置中脫氫單元的關(guān)鍵機組，由于壓縮機輸送的介質(zhì)中含有大量粗氫混合物，遇油易爆炸，所以壓縮機的密封一定要保障介質(zhì)與油分離。2009年和2011年都出現因密封泄漏而導致停機故障，嚴重影響裝置的正常生產(chǎn)，所以要分析造成密封泄漏的原因，尋求解決故障的方法，保障裝置的正常生產(chǎn)。
2、浮環(huán)密封工作原理
2.1 密封結構
浮環(huán)密封的實(shí)際安裝位置圖如圖1。
此壓縮機的密封共計4套，2種類(lèi)型（高壓端密封與低壓端密封），高壓端密封在總長(cháng)度方面比低壓端密封長(cháng)32.5 mm，其他內部結構相同。內部結構圖如圖2。
2.2 浮環(huán)結構
浮環(huán)結構實(shí)物圖如圖3。
此壓縮機的浮環(huán)密封環(huán)組每組都由4個(gè)1/4密封環(huán)組成（接口形式如圖3（d）），整體被一個(gè)長(cháng)彈簧繩捆在一起形成一個(gè)封閉的密封環(huán)，這樣浮環(huán)可以徑向膨脹。軸向在密封腔體內有約0.70 mm的間隙，由軸向小彈簧作為補償，一套散件如圖4。
浮環(huán)材料主要成分為填充石墨、聚四氟乙烯，具有良好的自潤滑作用，有效減少開(kāi)停機過(guò)程中磨損。圖3（a）圖的小彈簧可使浮環(huán)端面（密封線(xiàn)）在開(kāi)機前貼在級間隔板端面上，彈簧安裝在壓力高的一側端面上，如圖1所示。蒸氣進(jìn)氣室5的左、右，浮環(huán)上軸向彈簧安裝方向都是在蒸氣室5的一側。同理，氮氣進(jìn)氣室左右的彈簧安裝方向都朝向氮氣進(jìn)氣室。軸向彈簧的作用是保障端面密封的補償。
2.3 浮環(huán)密封的工作原理
如圖2中所示，靠近壓縮機內部相鄰的5組浮環(huán)是密封介質(zhì)的；靠近潤滑油箱側3組相鄰浮環(huán)是密封潤滑油的；分別通入蒸氣（密封介質(zhì)側）和氮氣（密封潤滑油側） 作為密封氣，密封氣的壓力要求為15kPa。下面分別闡述介質(zhì)密封與潤滑油密封的工作原理。
2.3.1 介質(zhì)側的密封工作原理
如圖2，蒸氣通過(guò)進(jìn)入室5進(jìn)入汽封，進(jìn)入的蒸氣分為2個(gè)方向分流，一部分向機體內部方向進(jìn)入，一部分向潤滑油側進(jìn)入。向機體內部進(jìn)入的蒸氣，一部分將浮環(huán)端面密封線(xiàn)推靠在級間隔板的密封面上，形成端面密封；一部分走徑向通氣槽，將浮環(huán)膨脹開(kāi)，在浮環(huán)與軸套之間形成一定剛度的氣膜，將機體內部向外流竄的介質(zhì)氣密封，這樣端面與徑向都形成有效的密封，由于機體內部的介質(zhì)氣與蒸氣密封氣形成對壓，所以密封蒸氣不會(huì )進(jìn)入機體，最后返回流向排污室6，進(jìn)入火炬管線(xiàn)；向潤滑油箱側流竄的蒸氣，也被浮環(huán)節流、憋壓，形成密封壓力氣，端面的密封也被推靠形成端面密封，最后在浮環(huán)與軸套之間也形成氣膜，蒸氣循環(huán)流入排污室6內排向火炬。
2.3.2 潤滑油側的密封工作原理
氮氣通過(guò)密封氮氣進(jìn)氣室7進(jìn)入汽封，也分為2個(gè)流向，向潤滑油箱內側流入的氮氣，一部分氮氣將浮環(huán)端面密封線(xiàn)推靠形成端面密封，一部分氮氣走通氣槽，將浮環(huán)膨脹開(kāi)，在浮環(huán)與軸之間形成氮氣密封膜，這樣有效的密封住潤滑油向介質(zhì)側泄漏，另一個(gè)方向的氮氣與內密封蒸氣一樣形成密封壓力氣，最終大部分（極少部分氮氣進(jìn)入油箱后，通過(guò)排氣管排出）都從排污室6排向火炬線(xiàn)。以氮氣為密封氣的另外一個(gè)目的也是為了降低爆炸危險性。
2.3.3 浮環(huán)與軸套間隙值取值
浮環(huán)與軸套之間在工作的過(guò)程中是有一定間隙的，這個(gè)間隙是由密封氣膨脹出來(lái)的，而靜止的狀態(tài)下，浮環(huán)與軸套之間無(wú)間隙，透光試驗見(jiàn)圖5。
開(kāi)機之前要通入密封氮氣與蒸氣，使浮環(huán)密封脹開(kāi)，浮環(huán)的端面密封貼死，保障密封氣保壓，標準壓力為15kPa。運行過(guò)程中，浮環(huán)與軸套間隙
內部充滿(mǎn)的密封氣，形成密封氣膜，在剛剛開(kāi)機的時(shí)候，浮環(huán)與軸套會(huì )自動(dòng)對中，運行穩定后，基本與軸套同心，浮環(huán)與軸套并不接觸，所以浮環(huán)在運行過(guò)程中不磨損。密封效果與浮環(huán)間隙有直接關(guān)系，從減少密封氣泄漏、提高密封效果來(lái)看，浮環(huán)密封運行間隙值的選取范圍為：
密封介質(zhì)側的浮環(huán)與軸套半徑間隙
S=（0.0005~0.0010） D
密封潤滑油側的浮環(huán)與軸套半徑間隙
S=（0.001~0.0020） D
其中D為浮環(huán)公稱(chēng)直徑（2471的浮環(huán)的直徑為355），單位為mm。
3、密封泄漏分析
21-K-2471尾氣壓縮機所采用的浮環(huán)密封在2009年竣工投入生產(chǎn)約45天之后就出現了微量泄漏現象。幾次非計劃開(kāi)停車(chē)的過(guò)程中，密封磨損后，泄漏量持續增大，但是由于機組無(wú)備機，所以一直利用增大密封氣壓力的辦法來(lái)實(shí)現密封。2011年4月7日非計劃停車(chē)，在開(kāi)啟12h后，機體與透平的各軸承潤滑油油箱內的潤滑油從油封處都出現大量泄漏現象，軸承箱回油管線(xiàn)視窗液位超過(guò)高報，從排氣管中噴出大量油氣混合物，油路回油不暢，現場(chǎng)停掉氮氣、蒸氣密封氣，油路才正常。這一點(diǎn)充分說(shuō)明密封氣已經(jīng)大量竄入油箱，浮環(huán)密封泄漏，要進(jìn)行解體大修。
3.1 密封泄漏形式
在檢修的過(guò)程中發(fā)現浮環(huán)磨損嚴重，出現斷裂及軸向固定小彈簧位置磨穿等缺陷。實(shí)物如下圖6與圖7。
通過(guò)圖6中可以明顯看出，密封的徑向密封面已經(jīng)磨損嚴重，密封浮環(huán)斷裂。圖7中軸向彈簧外露，也證明徑向磨損嚴重，圖8證明浮環(huán)與軸套之間間隙超標，浮環(huán)與軸套之間無(wú)法形成氣膜，浮環(huán)已經(jīng)失去密封的作用。
3.2 密封泄漏原因分析
通過(guò)現場(chǎng)測量，浮環(huán)與軸套的密封間隙已經(jīng)達到0.30mm以上，且存在偏磨現象，完全超過(guò)標準值，這樣使密封氣竄到潤滑油腔內（蒸氣也會(huì )進(jìn)入機體內部），并隨潤滑油一起進(jìn)入回油管線(xiàn)，造成潤滑油回油不暢，從而導致整個(gè)潤滑油系統循環(huán)不正常，使機組被迫停機。
3.3 浮環(huán)磨損的簡(jiǎn)因分析
?。?）運轉密封氣供給出現故障，使密封氣壓力降低，密封氣流量減少，氣膜形成不理想。特別是在開(kāi)停機過(guò)程中，氣膜形成不完全，或者形成的氣膜剛度不夠就會(huì )導致浮環(huán)與軸套直接磨損，甚至燒壞。
?。?）由于機組檢修時(shí)裝配質(zhì)量問(wèn)題或零件損壞，使浮環(huán)卡死，形成帶缺陷的氣膜，造成密封氣大量泄漏到油箱中；或者介質(zhì)竄入浮環(huán)密封腔中，形成結晶體，在開(kāi)始運轉的時(shí)候晶體與浮環(huán)發(fā)生嚴重摩擦（結晶體如圖6），造成密封泄漏。
?。?）因為機組轉速是變頻的，所以當裝置操作波動(dòng)大，即轉子轉速波動(dòng)過(guò)大時(shí)，導致壓縮機流量波動(dòng)頻繁，也會(huì )影響浮環(huán)密封氣膜的形成，使得密封泄漏，如圖9。
4、保障浮環(huán)密封穩定性的可行措施
4.1 定時(shí)檢查密封氣供給情況
密封氣的供給要時(shí)時(shí)穩定，設有穩壓閥，壓力自動(dòng)調節閥及壓力表，做到定時(shí)檢查密封供給氣的壓力及溫度，時(shí)時(shí)掌握密封氣供給情況，當溫度壓力發(fā)生變化時(shí)及時(shí)排除故障。
4.2 保障浮環(huán)密封裝備質(zhì)量
浮環(huán)密封是由多個(gè)零部件組成的，而且零部件的制造和安裝精度都要求很?chē)栏?。如果不嚴格按技術(shù)要求檢查、安裝，就可能導致浮環(huán)密封工作不正常，甚至泄漏。所以在安裝時(shí)的注意事項有以下幾點(diǎn)：
?。?）浮環(huán)端面、浮環(huán)座端面、壓蓋端面必須研磨，保證端面接觸的嚴密性，接觸面達到90%以上。
?。?）控制好浮環(huán)與軸套的間隙（安裝時(shí)不可有間隙，做透光試驗），確?？梢孕纬蓺饽?。
?。?）浮環(huán)座“O”形橡膠圈不能重復使用，檢修時(shí)必須更換。
?。?）保證浮環(huán)座端面與軸的垂直度、浮環(huán)座內圓與軸的同軸度。
?。?）組裝過(guò)程應保持清潔，各密封表面、軸表面不允許有銹斑或灰塵雜質(zhì)。
?。?）組裝時(shí)保證各密封面不被劃傷、碰破，不允許用工具敲打浮環(huán)和密封面。
?。?） 檢查浮環(huán)是否符合以下要求：表面粗糙度在Ra0.8以上；圓度為φ0.02mm以?xún)取?/div>
4.3 穩定裝置操作
在壓縮機日常操作過(guò)程中，做到盡量減少調節壓縮機的運行工況，當要調節壓縮機運行工況的時(shí)候，一定要先調整好浮環(huán)密封氣的運行壓力及溫度值，穩定后再進(jìn)行調整機組。21-K-2471機組是由透平驅動(dòng)的，所以在運行的過(guò)程中，一定要穩定控制透平的入口進(jìn)蒸氣量，保障流量穩定，這樣就能保障機組轉速的穩定，有利于保護浮環(huán)密封組的有效密封。
5、結語(yǔ)
以上從21-K-2471密封原理入手，分析此機組密封泄漏原因，提出保障浮環(huán)密封穩定性的可行性措施，從而為機組密封的穩定性提供了理論依據，為壓縮機的穩定運行奠定了基礎，更為整套苯乙烯裝置的安全、高效生產(chǎn)提供了有力保障。
參考文獻
[1] 王明玉.乙苯一苯乙烯/聚苯乙烯聯(lián)合裝置緊急停車(chē)系統的設計[J].石油化工自動(dòng)化，2001，（3 ）：7-9.
[2] 蕭開(kāi)梓.化工機器安裝與檢修[M].北京：中國石化出版社，1990.
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