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　　2014年7月 干气密封系统在离心式压缩机使用中的失效分析 范双权林向阳 （中国石油四川石化公司 611930） 摘要： 四川石化公司270万吨/年蜡油加氢裂化装置核心设备 循环氢压缩机， 采用沈阳鼓风机集团公司制造的离心式筒形压缩 机， 该压缩机端面密封方式采用干气串联密封系统。本文参考相 关企业发生的对干气密封系统在离心式压缩机使用中的失效进 行分析， 提出针对性解决问题的措施， 从而保证干气密封系统长 周期稳定运转， 以此降低装置的维修成本。 关键词： 干气密封； 离心式压缩机； 失效； 分析 随着石油化工、 能源工业的发展趋于大型化以及人们安全环 保意识的提高， 对各类转动设备轴封的要求也越来越高。以前设 备采用的大多数为机械密封， 由于机械密封为接触式密封， 其使 用寿命已经不能满足石化企业长周期运行的要求。干气密封的 出现， 是密封技术的一次革命， 它具有使用寿命长、 无介质泄漏、 轴功率消耗低等优点， 因此得到广泛应用。 四川石化有限责任公司270万吨/年蜡油加氢裂化装置采用 UOP公司工艺技术， 装置于2014年2月一次开车成功。装置由 反应、 分馏和脱硫三部分组成， 采用双剂串联一次通过加氢裂化 工艺。反应部分采用炉后混油方案， 热高分工艺流程及热高分液 力透平； 分馏部分采用硫化氢汽提塔， 分馏塔出航煤、 柴油方案。 装置核心设备是循环氢压缩机， 为离心式筒形压缩机， 压缩机端 面密封方式采用干气串联密封系统。但是从其他许多石化企业 在使用干气密封系统中， 发生了很多造成干气密封失效的事故， 迫使装置停工， 严重影响装置长周期运行和经济效益。为此有必 要对干气密封系统失效的原因进行分析总结。 一、 干气密封系统的原理和特点 1.原理： 干气密封是一种新型的无接触轴封， 是一种螺旋槽 端面密封， 其实质是通过气膜来实现润滑的非接触式机械密封。 干气密封系统核心原理是动压效应。 干气密封的非接触间隙35微米， 由它来密封旋转机器中 的气体或液体介质关键是具有压力方向性。外观特征是均匀分 布的具有一定数量的浅槽， 由流体动压槽、 密封坝、 密封堰基本组 成。 目前， 干气密封主要用在离心式压缩机上， 也还用在轴流式 压缩机、 齿轮传动压缩机和透平膨胀机上。干气密封已经成为压 缩机正常运转和操作可靠的重要元件， 随着压缩机技术的发展， 干气密封正逐步取代浮环密封、 迷宫密封和油润滑密封。 2.特点： 以气封气、 非接触、 气膜润滑、 低功耗、 长寿命、 高可 靠性、 低运行维护费用。 二、 干气密封系统的操作与维护 干气密封装入机组后， 对其调整的手段相当有限。操作、 维 护上应严格按照操作使用说明书要求对关键点做好监测、 记录、 巡检， 从而保证密封的高寿命、 高可靠性。如表1。干气密封系统 在投用中一定要坚持以下原则 （避免反压及可能的潜在气体污 染） ， 开机： 先投干气密封系统， 再投机组润滑油系统。其中密封 控制系统先投用一级密封气， 再投用二级密封气。隔离气投用顺 序无限制。 跑油阶段： 如果机壳内不带压， 一级密封气， 二级密封气都可 以关闭， 只需通入隔离气即可。 停机： 先停机组润滑油系统， 当判断机组油系统安全且无热 油雾时， 再停隔离气， 停二级密封气， 最后停一级密封气。其中如 果机壳内带压， 则一级、 二级密封气都不可以关闭直至机内无压。 表1操作和维护关键 序 号 1 2 3 4 5 6 操作关键点 运行时检查、 监控气 源的稳定性、 连续性 熟悉操作流程、 理解 并能及时处理常见报 警 关注气体品质 关注泄漏趋势 过滤器应定期进行现 场巡检并排凝， 排凝 应缓慢， 防止突然泄 压 定期检查外侧隔离密 封和干气密封之间排 凝口 维护关键点 维护事 项 停机后 重点加 强维护 避免反 转 禁止反 压 检查是 否带液 盘车 检查降 压、 振 动检测 维护要点 防止固体颗粒存在， 对过滤 器后管路处理干净及装拆 时吹扫。 及时检查， 否则会影响长周 期运转的可靠性。 不允许， 必须保证端面的正 压差。 应避免， 包括气体组份本身 含有液体及因温度压力的 变化潜在的工艺气发生相 变的可能。 不影响密封使用， 但需要按 照机组要求旋向盘车。 密封可以承受API617所规 定的振动范围。 三、 干气密封失效的原因 由于干气密封是非接触密封， 因此对气源的洁净、 端面的间 隙、 操作的方向等要求很严格。以下是对发生干气密封失效的实 例归纳总结。 1.污染原因 经过统计多家单位干气密封系统失效的事故， 总结得出80% 以上的密封失效是由密封被污染引起的。如表2。 表2污染物比例、 来源 序号污染物所占比例来源 (下转第153页) 设备管理设备管理 151 2014年7月 1 2 3 4 5 碳碳氢化合 物 固体颗粒 氯化物 水 其他污染物 50 10 4 2 14 工艺气中的液体和轴承润 滑油 管路和工艺气 工艺气 工艺气中的 2.工艺原因 前置迷宫和中分面： 氢气压缩机前置迷宫和中分面被工艺气 腐蚀是导致密封被污染的直接原因。经常发生压缩机密封端面 被杂质颗粒污染严重， 导致密封完全卡滞。 密封供气系统故障： 会直接导致密封被污染， 对于富气压缩 机双端面密封会发生内侧密封端面反压， 密封端面可能无法打 开。机组密封被严重污染， 机组连锁停机后机组发生反转， 造成 密封进一步的损坏。 轴承润滑污染密封： 经常多次发生密封进油， 造成油气长时 间侵入静环产生泡疤， 静环表面破损。造成此问题的主要原因 有： 隔离气投用顺序， 误操作； 润滑油回油不畅； 润滑油喷溅； 轴承 腔排空不畅等。 长时间低速盘车或低速暖机： 在实际使用过程中， 由于工况 要求的低速盘车和低速暖机时间较长， 密封无法承受此工况， 导 致密封严重损坏。 3.操作原因 密封反转： 离心式压缩机发生反转， 极易造成密封动静环报 废， 动环表面严重磨损， 发生热裂， 静环破损。 机组喘振或长时间振动值偏高： 严重喘振也容易造成密封报 废。 工艺气带液、 结焦、 聚结： 离心式压缩机经常容易发生密封气 带液造成密封端面破碎。解决干气密封密封气带液问题的方法 主要有： 有效的过滤手段； 及时排液； 保温伴热等。 密封反压： 此类问题往往发生在入口压力较低的制冷压缩机 组， 如火炬线背压超过密封端面上游压力， 会发生反压， 密封端面 无法打开。 结束语 如何才能保证循环氢压缩机干气密封系统长周期稳定运 转。一方面要在设计上进行正确的选型， 操作中稳定的机组工况 和洁净的密封气源环境， 加强员工的培训， 提早发现问题和隐 患。另一方面在工艺上要确保主密封气体进入到密封腔的温度 应在露点以上。即通过将主密封气中的饱和烃类进行冷却， 使烃 类达到露点析出； 再经过气液分离罐进行气液分离、 经过滤器进 行过滤； 再将干净的气体进行加热， 这样高于露点温度的主密封 气带液问题完全可以达到解决。从而保证干气密封系统长周期 运行。 (上接第151页) 声波检测未发现下封头碳钢基层有明显的腐蚀空洞。 三、 裂纹产生原因分析 该容器自1989年9月投用以来， 运行时间已长达近22年， 且2002年工艺改造后设备负荷由70%提到90%， 2006年又提到 110%， 属超负荷运行。搅拌轴下部叶片的搅拌作用使物料(含固 体颗粒)对下封头中心附近的盖板焊焊缝及母材形成侧向冲刷， 迎料侧焊缝及部分盖板母材减薄严重， 其所能承受强度 （载荷） 大 大降低， 在开车升温升压的过程中受到拉应力后极易造成撕 裂。 从下封头盖板拆除后及裂纹打磨补焊的情况看， 实际的盖 板焊角焊缝根部存在未焊透、 夹渣等现象， 其中根部未焊透高度 超过1mm， 而整个角焊缝高度为3mm左右， 即角焊缝高度的1/3 基本未焊透， 且伴随夹渣等缺陷， 造成角焊缝根部应力严重集中， 其所能承受的强度大大降低。见图8。 由上图可以看出， 实际承受载荷的盖板焊焊缝厚度最薄处已 不足0.5mm。 .现行开车工艺的升温升压时间已由工艺改造前时间的8 小时缩短为4小时左右， 缩短近一半。短时间内的升温升压加剧 了本来就已经很薄弱的盖板焊焊缝的开裂。焊缝开裂基本上都 发生在设备开车阶段。 . 搅拌轴下部叶片与水平面的倾角不同， 对下部衬里的冲 刷也不同， 倾角越大， 冲刷越强。倾角C台最大， A台次之， B台最 小；A、 C两台为后来国内厂家测绘后制作， 测绘存在误差， 导致 下部叶片倾角与原设计相比偏大； B台为原出厂制作， 只进行了 维修， 未进行更新。A、 C两台由于倾角偏大， 对下部冲刷较B台 严重得多， 与实际泄漏现象相对应。B台冲刷较轻， 但随着时间 推移， 也存在衬里角焊缝开裂的可能性。 检验检测人员经验不足， 对冲刷减薄程度未定量， 只凭以 往检验对焊缝进行渗透检测， 此时， 焊缝是完好的， 问题是开车加 载时随时可能开裂。 四、 缺陷修复 由修理单位更换一条严重减薄的盖板， 对其余三条盖板焊焊 缝采用钛焊进行了堆焊加强 （裂纹打磨消除后） 。 五、 对使用单位的建议 容器及搅拌轴维护检修时需采取措施， 防止造成衬里碰 伤、 划伤； 加强现场巡检； .具备开罐条件应对下部衬里及焊缝重点进行检验检测； .改进开停车工艺， 使之与设备现状相适应。 条件具备时对下封头减薄严重的衬里盖板进行更换。 参考文献： 1周向进.PTA氧化反应器设计思路.石油化工设计,2010年, 第03期. 2李大仰.PTA 装置氧化反应器腐蚀穿孔修复.压力容器, 2002年,第11期. 3王绪海，PTA氧化反应器搅拌器故障分析 J， 河南化工 第28卷第11期， P5760. 作者简介： 孔令雷， 男， 1973年生， 高级工程师， 主要从事压 力容器、 压力管道定期检验， 无损检测工作。 设备管理设备管理 153

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