【壓縮機網(wǎng)】1、引言

 

　　某公司新建10萬(wàn)t/a苯乙烯裝置排放氣壓縮機為日本進(jìn)口的噴液無(wú)油潤滑螺桿壓縮機，螺桿直徑542.6mm。該壓縮機的主要作用是將脫氫反應單元中生成的氫氣、二氧化碳、甲烷等不凝氣抽吸出去，以保證整個(gè)反應系統始終處于負壓操作。

 

 

　　噴液無(wú)油螺桿壓縮機軸端密封根據輸送介質(zhì)的不同通常多采用機械密封、干式浮環(huán)密封或迷宮式密封，隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越多的進(jìn)口壓縮機采用了干氣密封等新技術(shù)。但經(jīng)過(guò)大量的實(shí)際應用和后續理論分析發(fā)現，動(dòng)壓干氣密封使用效果并不理想，其中機組的轉速對流體動(dòng)壓型干氣密封的穩定性影響z*大。因為無(wú)論何種形式的干氣密封均要求其動(dòng)靜環(huán)密封面之間形成滿(mǎn)足密封要求，并具有一定剛度的氣膜，從而確保密封面之間小間隙無(wú)接觸運轉。對于流體動(dòng)壓式密封而言，氣膜是在機組啟動(dòng)后高速旋轉而形成的，因此對于低轉速機組其啟動(dòng)期間密封性能下降很大，有些甚至無(wú)法正常工作。近年來(lái)動(dòng)壓式干氣密封在高轉速的大型離心機組上得到了非常廣泛的成功應用，但在低轉速機組上，過(guò)低的轉速無(wú)法形成足夠的氣膜開(kāi)啟力和剛度，因而難以保證干氣密封的正常運轉，在螺桿壓縮機上使用要求更為苛刻，因此并未廣泛推廣。

 

　　該螺桿壓縮機創(chuàng )新地使用了靜壓式干氣密封與浮環(huán)密封組合應用技術(shù)，綜合了干氣密封零泄漏與浮環(huán)密封結構簡(jiǎn)單易于維護的優(yōu)點(diǎn)，因此研究其運行機理并對其進(jìn)行國產(chǎn)化，有著(zhù)重要意義。

 

　　2、螺桿壓縮機組工藝條件

 

　　螺桿壓縮機運行參數如下：

 

　　密封軸徑：φ220mm

 

　　正常轉速：3849r/min

 

　　z*大轉速：4721r/min

 

　　z*小轉速：2249r/min

 

　　設計入口溫度：常溫

 

　　設計出口溫度：100～145℃

 

　　設計入口壓力：0.02MPa（A）

 

　　設計出口壓力：0.2MPa（A）

 

　　密封氣介質(zhì)：氮氣

 

　　尾氣介質(zhì)及含量：H2：96%；CO：0.01%；CO2：2%另外含有少量的N2和O2

 

　　3、靜壓式干氣密封結構簡(jiǎn)介

 

　　該螺桿壓縮機密封由靜壓式干氣密封+前后浮環(huán)密封組成。

 

　　從工藝側由內而外，第一部分為由兩道浮環(huán)密封組成的前置密封，該道密封不通入密封氣，主要用于減小主密封氣串入介質(zhì)側氣量。中間主密封為靜壓式干氣密封，密封氣為系統管網(wǎng)供給的潔凈氮氣，氮氣經(jīng)過(guò)該密封后，一部分通過(guò)前置浮環(huán)密封，經(jīng)減壓后只有很少量的會(huì )進(jìn)入工藝介質(zhì)中。另外一部分氮氣隨同絕大部分二級密封泄漏氣經(jīng)一級泄漏出口排向大氣。后部為二級密封，其作用為阻止密封氣沿軸向竄入軸承箱，該密封也由兩道浮環(huán)密封組成，隔離密封氣為小壓力大流量的氮氣，此隔離氮氣通過(guò)浮環(huán)密封后其中一部分經(jīng)外部碳環(huán)進(jìn)入油箱后放空到大氣，另一部分經(jīng)過(guò)內部碳環(huán)進(jìn)入一級密封排氣口。

 

　　4、靜壓式干氣密封的分類(lèi)及工作原理

 

　　干氣密封通?？梢苑譃閮蓚€(gè)大類(lèi)，分別為動(dòng)壓式干氣密封和靜壓式干氣密封。其中依靠被密封機組的旋轉使壓力上升的叫做動(dòng)壓式干氣密封，依靠壓力差或外部供給的中間氣體的壓力使壓力上升，機組本身的轉速對氣膜形成幾乎沒(méi)有影響的干氣密封叫做靜壓式干氣密封。

 

　　另外，靜壓干氣密封又可細分成外加壓式干氣密封和自加壓式干氣密封。顧名思義自加壓式干氣密封不需要外部氣源，由被密封機組本身輸送的介質(zhì)作為靜壓氣體，其缺點(diǎn)是密封效果容易受到機組介質(zhì)壓力波動(dòng)的影響。外加壓式靜壓干氣密封，其所需的靜壓氣體由外部氣源提供，因而性能比較穩定，可靠性高，缺點(diǎn)是增加了額外的氣源設備，造價(jià)高，結構更為復雜。

 

　　靜壓式干氣密封的主要工作原理是利用氣體靜壓作用，在主機起動(dòng)以前就在密封的動(dòng)、靜環(huán)端面間形成具有一定剛度的氣膜，如圖1所示。密封端面的環(huán)形內開(kāi)有8個(gè)淺的補償槽，如圖2所示，其作用是為了實(shí)現密封動(dòng)、靜環(huán)之間能夠形成一個(gè)穩定的靜壓力，從而提高密封效果和穩定性；在每個(gè)補償槽中間開(kāi)設置一個(gè)節流孔，密封氣體通過(guò)密封環(huán)后部的氣體通道后穿過(guò)節流孔進(jìn)入密封端面之間，形成穩定的氣體靜壓力。

 

　　5、靜壓式干氣密封的特點(diǎn)

 

　　5.1 靜壓式干氣密封主要優(yōu)點(diǎn)

 

　?。?）靜壓式干氣密封無(wú)論機組轉速的高、低，均能穩定正常地運轉，其密封端面的泄漏率、開(kāi)啟力、氣膜剛度及厚度與被密封機組的轉速關(guān)系不大；

 

　?。?）可以形成具有較好剛度的氣膜，通過(guò)供氣和節流裝置后理論上氣膜剛度可以無(wú)限大；

 

　?。?）密封端面摩擦系數極低，設備起動(dòng)前已經(jīng)形成氣膜，完全消除了動(dòng)靜環(huán)之間的靜摩擦力；

 

　?。?）密封氣由外部氣源提供，密封性能基本不受設備本身輸送的介質(zhì)壓力的影響，即使工藝操作波動(dòng)大，密封仍能保持較好的密封性。

 

　　6、靜壓式干氣密封國產(chǎn)化設計及優(yōu)化

 

　　對于該壓縮機國產(chǎn)化靜壓干氣密封的設計，其整體結構布置、內部裝配尺寸、外形尺寸均可以參考原密封設計，并進(jìn)行重新核算后確定。密封國產(chǎn)化能夠成功的設計重點(diǎn)在于密封件材質(zhì)的選擇及靜密封環(huán)節流孔氣體流量的計算。

 

　　6.1 靜密封環(huán)節流孔氣體流量的計算

 

　　靜壓式干氣密封靜環(huán)節流孔的尺寸是影響密封氣體流量的直接因素，而密封氣體流量及壓力的大小又直接影響氣膜剛度、密封端面開(kāi)啟力和氣體泄漏率等重要密封性能，因而平衡好密封氣體流量與靜環(huán)端面節流孔大小之間的關(guān)系非常重要，也是該密封國產(chǎn)化的難點(diǎn)所在。

 

　　靜壓氣體潤滑軸承理論是靜壓式干氣密封理論基礎的主要來(lái)源。近年來(lái)，靜壓氣體潤滑軸承理論和技術(shù)不斷的深入以及大量研究氣體靜壓軸承的文獻不斷涌現，其中氣體靜壓止推軸承理論可以應用在靜壓干氣密封技術(shù)的研究中。根據靜壓氣體潤滑中節流孔控制方程的推導，可計算出靜壓式干氣密封的節流孔流量。

 

　　6.2 密封主要零件的材質(zhì)選擇

 

　　靜壓式干氣密封動(dòng)靜環(huán)、O環(huán)等零部件的材質(zhì)直接影響密封的整體使用性能及z*終壽命，因密封零部件的材質(zhì)是密封設計的一個(gè)重要組成部分。

 

　　針對本次國產(chǎn)化改造，在對壓縮機的運行工況、輸送介質(zhì)特性等作了詳細分析后，z*終確定了靜壓干氣密封重要零部件的材質(zhì)。

 

　　干氣密封的動(dòng)環(huán)采用0Cr18Ni9噴涂Cr203，該材料具有表面硬度高（HRC50-70）耐磨性好、熱傳導系數大、比重小等優(yōu)點(diǎn)，是目前z*好的一種摩擦副材料。密封靜環(huán)采用浸銻碳石墨材料，該材料具有強度高、自潤滑性好、耐高溫（300～500℃）等特點(diǎn)。對于密封圈的材質(zhì)選用，與工藝氣體接觸部分采用進(jìn)口FFKM，其他采用進(jìn)口FKM密封圈?；w材料及緊固件選用SUS304材質(zhì)。

 

　　7、結論

 

　　經(jīng)過(guò)研究人員的不懈努力，國產(chǎn)化靜壓式干氣密封成功研制，并順利通過(guò)了在線(xiàn)使用考核。該螺桿壓縮機靜壓式干氣密封國產(chǎn)化的成功，既滿(mǎn)足了裝置的使用需求，又節省了備件費用，更為國產(chǎn)靜壓式干氣密封在不同領(lǐng)域的應用，進(jìn)行了有意義的探索。另外靜壓式干氣密封也可應用在高危介質(zhì)泵、攪拌器等低轉速的設備上，應用前景十分廣闊。