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【摘 要】本文闡述了压缩机干气密封的工作原理、结构、装配及密封工艺气、仪表风系统的配备,分析了影响压缩机干气密封使用寿命的因素，并提出了对策。
【关键词】压缩机;干气密封;使用寿命
1.干气密封的工作原理
干气密封是20世纪60年代末从气体动压轴承的基础上发展起来的一种新型非接触式密封,主要由旋转环(合金钢)、静环(碳环)、密封圈、弹簧、弹簧座和轴套等组成。旋转环密封面经过研磨和抛光处理,并在面上加工出流体动压槽,气体槽深度仅有几微米。干气密封动环与静环的几何形状是经过精心设计和加工的,二者在两种情况下分开。一是当机壳内介质充压至一定压力时(GE机组为0.6MPa),干气密封动环与静环便脱离接触;二是机壳内介质表压为零,当干气密封旋转环旋转时(GE机组的动环圆周线速度达1.2m/s),机壳内介质气体被吸入动压槽内,由于气体槽未开透至密封面内侧,故在动压槽根部就产生了密封堰的节流作用。进入密封面的气体被压缩,在该气体压力的作用下,密封面被推开,流动的气体在两个密封间形成一层很薄的气膜(厚度一般为3μm)。当气体静压和弹簧力形成的合力与气膜反力相等时,气膜厚度就十分稳定,这个稳定的气膜可以使密封端面间保持一定的密封间隙,因此保证了密封的可靠性。由于两密封面在设备充压至一定压力后及运行过程中不接触,故干气密封具有转速范围广、密封介质压力较高、使用寿命长(一般能运行5.0×104h)、维护量小、可靠性高、介质泄漏量低等优点。
２．干气密封的结构及安装情况
R2R压缩机安装的是JHONCRANE公司28XP型干气密封,该密封是双密封结构,在它与压缩机壳体内侧之间安装有一道迷宫密封,以防止机组运行时不洁净的工艺气进入密封工艺气室,保护干气密封第一道密封面。此外,在密封与轴承腔间一般配套安装隔离密封,以防止润滑油污染干气密封第二道密封面。密封工艺气进入干气密封第一道密封室,极少部分通过第一道密封处的气隙排至一安全的区域,绝大部分通过安装在干气密封与压缩机内壳之间的迷宫密封进入压缩机内,从而保进入干气密封工艺气室的天然气是洁净的。当机组运行或停机而滑油泵运行时,在干气密封与轴承室之间安装的一隔离密封需连续不断地供给一定压力的洁净压缩空气,这些压缩空气进入隔离密封后从其两端与轴之间的迷宫密封处流出,从而防止润滑油进入干气密封内而污染密封面。
３．干气密封工艺气处理系统
为了保证进入干气密封的密封工艺气洁净,且其压力始终高于压缩机的入口压力(R2R机组的差压为269kPa),对已安装了轴端干气密封装置的压缩机均配设密封工艺气处理装置。长输天然气管道压缩机干气密封工艺气一般取自压缩机出口的高压天然气,经调压、过滤后再送入压缩机驱动端、非驱动端的干气密封的密封工艺气室。
４．干气密封提前损坏的原因
干气密封的旋转环与静环的密封面加工精度非常高,从而能保证两个端面之间以非常小的间隙来相对旋转。但是,如果密封面之间进入了固体杂质或液滴,就会破坏密封面之间密封工艺气膜的稳定,使正在相对旋转的密封面可能相互接触而造成密封面的损坏。尤其是当液体杂质进入密封面后,导致密封面接触,由于两个密封面相对旋转的速度很高,会使液体杂质中的碳氢化合物瞬间碳化而粘在密封面上,使旋转环密封面变形,从而破坏其密封性能。
４．１机组启机设计原因
因为干气密封要求当压缩机壳体内有一定压力的天然气存在时,就需要给其提供密封工艺气,而R2R机组在机组启动前没有专门给干气密封提供启动密封工艺气的装置。R2R压缩机的非驱动端干气密封与工艺气之间除了密封上的一道迷宫密封外再没有其它的密封装置,而迷宫密封是要在其前后有压差存在的情况下才能起作用。当机组启机程序进入压缩机吹扫及充压进程时,机组还未转动,密封工艺气循环还没有建立,因而不可避免地会有一定量的未经过滤处理的天然气反向进入干气密封的第一道密封室,在机组高速运转时就存在导致干气密封损坏的可能性。另外,机组正常停机4h后如不再启动,压缩机内的天然气才能通过放空阀放掉。在这4h期间,由于气体的扩散,会使干气密封的密封室内的天然气受到污染,对干气密封构成威胁。
４．２天然气的水露点及烃露点均超标
在一定的工况下,压缩机内的天然气会析出液态的水及轻烃。液态水及轻烃的析出主要发生在两种情况之下,一是机组运行时干气密封的密封工艺气室析出了少量的液态水及轻烃;二是当机组停运后,随着压缩机机体温度的降低,会有部分水及轻烃在干气密封供气管道的内壁凝析出来,在下次启机时这部分水及轻烃会随着密封工艺气体的流动而进入干气密封,对干气密封造成影响。
５．防治措施
在R2R机组干气密封的密封工艺气供气管道上增加一套密封工艺气控制装置(GCU),主要是在机组启动程序运行至压缩机壳吹扫及充压前、机组停机后至压缩机放空结束前运行该装置。其目的是使压缩机干气密封的密封工艺气在机组未转动而机壳内有一定压力的天然气时处于流动状态,这样压缩机在吹扫与充压、机组停机至压缩机放空结束前未经过过滤的天然气就不会进入干气密封的密封工艺气室。
当管输天然气的水露点、烃露点超标时,在压缩机运行的过程中一定要投用GCU装置的电加热器,确保干气密封气差压调节阀出口处的密封工艺气温度高于工况下的天然气水露点和烃露点。因为在目前运行的压力条件下,天然气经过调节阀的节流后会产生“焦2汤效应”,节流后的天然气温度会有一定程度的降低。一般地,每节流1MPa,天然气温度会降低近4℃。若压缩机入口压力为6.5MPa,压比为1.4的情况下,压缩机出口压力则为9.1MPa,压缩机干气密封气差压调节阀处的压降约为2.3MPa,在调节阀处由于节流所造成的温降约为10℃,再加上GCU整个管路、装置的散热损失,进入干气密封的密封工艺气的温度就有可能低于工况下的天然气水露点和烃露点,导致液态水及烃的析出,损坏干气密封。因此,在机组运行时,应根据管输天然气的气质情况及时投用GCU装置内的电加热器。
在压缩机干气密封的密封工艺气供气管道上增加电伴热及保温。这主要是将干气密封工艺气过滤器下游至进入密封室之前这一段管道进行伴热及保温,并将电伴热系统设为自动运行方式。当密封工艺气供气管道的温度低于40℃时,电伴热自动启动,使该段管道的温度保持在一定的温度之上,其主要作用是防止在压缩机停机后该段管道内产生凝液。此项措施已在甘肃段压气站的压缩机上实施。
机组停运后在确认短时间内不再启动,应尽快执行压缩机放空程序。值得注意的是,不能执行紧急放空程序,否则会使压缩机内的天然气压力下降过快,有可能会使进入干气密封O形密封环内的天然气快速膨胀,导致O形密封环(材质为聚合材料)损坏。
定期检查并排净隔离密封污液罐内的液体,以防止污液涨至隔离密封处,造成干气密封第二道密封的损坏。■
【参考文献】
［１］王树术,刘春艳. 离心压缩机干气密封损坏原因分析[J]. 风机技术, 2009, (02).
［２］李娜,朱维兵,王和顺,王延飞.T型槽干气密封动环稳态温度分布规律研究[J]. 液压与气动, 2009,(05).
【关键词】压缩机;干气密封;使用寿命
1.干气密封的工作原理
干气密封是20世纪60年代末从气体动压轴承的基础上发展起来的一种新型非接触式密封,主要由旋转环(合金钢)、静环(碳环)、密封圈、弹簧、弹簧座和轴套等组成。旋转环密封面经过研磨和抛光处理,并在面上加工出流体动压槽,气体槽深度仅有几微米。干气密封动环与静环的几何形状是经过精心设计和加工的,二者在两种情况下分开。一是当机壳内介质充压至一定压力时(GE机组为0.6MPa),干气密封动环与静环便脱离接触;二是机壳内介质表压为零,当干气密封旋转环旋转时(GE机组的动环圆周线速度达1.2m/s),机壳内介质气体被吸入动压槽内,由于气体槽未开透至密封面内侧,故在动压槽根部就产生了密封堰的节流作用。进入密封面的气体被压缩,在该气体压力的作用下,密封面被推开,流动的气体在两个密封间形成一层很薄的气膜(厚度一般为3μm)。当气体静压和弹簧力形成的合力与气膜反力相等时,气膜厚度就十分稳定,这个稳定的气膜可以使密封端面间保持一定的密封间隙,因此保证了密封的可靠性。由于两密封面在设备充压至一定压力后及运行过程中不接触,故干气密封具有转速范围广、密封介质压力较高、使用寿命长(一般能运行5.0×104h)、维护量小、可靠性高、介质泄漏量低等优点。
２．干气密封的结构及安装情况
R2R压缩机安装的是JHONCRANE公司28XP型干气密封,该密封是双密封结构,在它与压缩机壳体内侧之间安装有一道迷宫密封,以防止机组运行时不洁净的工艺气进入密封工艺气室,保护干气密封第一道密封面。此外,在密封与轴承腔间一般配套安装隔离密封,以防止润滑油污染干气密封第二道密封面。密封工艺气进入干气密封第一道密封室,极少部分通过第一道密封处的气隙排至一安全的区域,绝大部分通过安装在干气密封与压缩机内壳之间的迷宫密封进入压缩机内,从而保进入干气密封工艺气室的天然气是洁净的。当机组运行或停机而滑油泵运行时,在干气密封与轴承室之间安装的一隔离密封需连续不断地供给一定压力的洁净压缩空气,这些压缩空气进入隔离密封后从其两端与轴之间的迷宫密封处流出,从而防止润滑油进入干气密封内而污染密封面。
３．干气密封工艺气处理系统
为了保证进入干气密封的密封工艺气洁净,且其压力始终高于压缩机的入口压力(R2R机组的差压为269kPa),对已安装了轴端干气密封装置的压缩机均配设密封工艺气处理装置。长输天然气管道压缩机干气密封工艺气一般取自压缩机出口的高压天然气,经调压、过滤后再送入压缩机驱动端、非驱动端的干气密封的密封工艺气室。
４．干气密封提前损坏的原因
干气密封的旋转环与静环的密封面加工精度非常高,从而能保证两个端面之间以非常小的间隙来相对旋转。但是,如果密封面之间进入了固体杂质或液滴,就会破坏密封面之间密封工艺气膜的稳定,使正在相对旋转的密封面可能相互接触而造成密封面的损坏。尤其是当液体杂质进入密封面后,导致密封面接触,由于两个密封面相对旋转的速度很高,会使液体杂质中的碳氢化合物瞬间碳化而粘在密封面上,使旋转环密封面变形,从而破坏其密封性能。
４．１机组启机设计原因
因为干气密封要求当压缩机壳体内有一定压力的天然气存在时,就需要给其提供密封工艺气,而R2R机组在机组启动前没有专门给干气密封提供启动密封工艺气的装置。R2R压缩机的非驱动端干气密封与工艺气之间除了密封上的一道迷宫密封外再没有其它的密封装置,而迷宫密封是要在其前后有压差存在的情况下才能起作用。当机组启机程序进入压缩机吹扫及充压进程时,机组还未转动,密封工艺气循环还没有建立,因而不可避免地会有一定量的未经过滤处理的天然气反向进入干气密封的第一道密封室,在机组高速运转时就存在导致干气密封损坏的可能性。另外,机组正常停机4h后如不再启动,压缩机内的天然气才能通过放空阀放掉。在这4h期间,由于气体的扩散,会使干气密封的密封室内的天然气受到污染,对干气密封构成威胁。
４．２天然气的水露点及烃露点均超标
在一定的工况下,压缩机内的天然气会析出液态的水及轻烃。液态水及轻烃的析出主要发生在两种情况之下,一是机组运行时干气密封的密封工艺气室析出了少量的液态水及轻烃;二是当机组停运后,随着压缩机机体温度的降低,会有部分水及轻烃在干气密封供气管道的内壁凝析出来,在下次启机时这部分水及轻烃会随着密封工艺气体的流动而进入干气密封,对干气密封造成影响。
５．防治措施
在R2R机组干气密封的密封工艺气供气管道上增加一套密封工艺气控制装置(GCU),主要是在机组启动程序运行至压缩机壳吹扫及充压前、机组停机后至压缩机放空结束前运行该装置。其目的是使压缩机干气密封的密封工艺气在机组未转动而机壳内有一定压力的天然气时处于流动状态,这样压缩机在吹扫与充压、机组停机至压缩机放空结束前未经过过滤的天然气就不会进入干气密封的密封工艺气室。
当管输天然气的水露点、烃露点超标时,在压缩机运行的过程中一定要投用GCU装置的电加热器,确保干气密封气差压调节阀出口处的密封工艺气温度高于工况下的天然气水露点和烃露点。因为在目前运行的压力条件下,天然气经过调节阀的节流后会产生“焦2汤效应”,节流后的天然气温度会有一定程度的降低。一般地,每节流1MPa,天然气温度会降低近4℃。若压缩机入口压力为6.5MPa,压比为1.4的情况下,压缩机出口压力则为9.1MPa,压缩机干气密封气差压调节阀处的压降约为2.3MPa,在调节阀处由于节流所造成的温降约为10℃,再加上GCU整个管路、装置的散热损失,进入干气密封的密封工艺气的温度就有可能低于工况下的天然气水露点和烃露点,导致液态水及烃的析出,损坏干气密封。因此,在机组运行时,应根据管输天然气的气质情况及时投用GCU装置内的电加热器。
在压缩机干气密封的密封工艺气供气管道上增加电伴热及保温。这主要是将干气密封工艺气过滤器下游至进入密封室之前这一段管道进行伴热及保温,并将电伴热系统设为自动运行方式。当密封工艺气供气管道的温度低于40℃时,电伴热自动启动,使该段管道的温度保持在一定的温度之上,其主要作用是防止在压缩机停机后该段管道内产生凝液。此项措施已在甘肃段压气站的压缩机上实施。
机组停运后在确认短时间内不再启动,应尽快执行压缩机放空程序。值得注意的是,不能执行紧急放空程序,否则会使压缩机内的天然气压力下降过快,有可能会使进入干气密封O形密封环内的天然气快速膨胀,导致O形密封环(材质为聚合材料)损坏。
定期检查并排净隔离密封污液罐内的液体,以防止污液涨至隔离密封处,造成干气密封第二道密封的损坏。■
【参考文献】
［１］王树术,刘春艳. 离心压缩机干气密封损坏原因分析[J]. 风机技术, 2009, (02).
［２］李娜,朱维兵,王和顺,王延飞.T型槽干气密封动环稳态温度分布规律研究[J]. 液压与气动, 2009,(05).