干气密封现场应用失效分析及典型问题探讨

干气密封作为离心压缩机的标准配置，广泛应用于石油化工、煤化工行业。本文对干气密封现场应用失效类型进行了归类并列举了运行使用过程中的典型问题，希望能对读者提高设备可靠性，延长干气密封使用寿命带来帮助。

一般来讲，典型的干气密封包含了静环、动环(旋转)、副密封O形圈、静密封、弹簧和弹簧座(腔体)等。静环位于不锈钢弹簧座内，用副密封O形圈密封。弹簧在密封无负荷状态下使静环与固定在转子上的动环(旋转)配合，如图1所示。

密封接触面上平面度很高，且在动环配合表面上刻有一系列的对数螺旋槽，如图2所示。

随着转动，气体被向内泵送到螺旋槽的根部，根部以外的无槽区称为密封坝。密封坝对气体流动产生阻力作用，增加气体膜压力。配合表面间的压力使静环表面与动环组件脱离，保持一个很小的间隙。当流体静压力与弹簧力一起作用形成的闭合力等于流体膜所产生的开启力时，密封面间会形成稳定的平衡间隙。正是这种非常小的间隙，可以适应非常高的转速，且可以阻止气流通过以达到可接受的泄漏要求。气体密封膜刚度很高，从而提供强劲的密封性能和允许非常高的密封压力。在平衡和正常间隙下，开启力=闭合力，如图3所示。

如果某种干扰使密封间隙减小，则由螺旋槽产生的压力相应增大并超过闭合力。这会导致密封间隙增大直至平衡，开启力=闭合力，恢复到正常运行间隙。类似的，如果扰动使密封间隙增大，端面间的压力就会降低，闭合力大于开启力，端面间隙自动减小，密封会很快达到新的平衡状态。这种机制将在静环和动环之间产生一层稳定性相当高的气体薄膜，使得在正常动态运行条件下端面能保持分离不接触。因此，在界面上密封无磨损，使用可靠寿命长。

80%以上的干气密封失效是由于污染引起的，污染源来自机组工艺气、密封气源和轴承润滑油。保持干气密封洁净的运行环境有助于延长密封使用寿命。从经验上认为，应该从设计、安装等最初阶段开始控制，做好操作和维护工作，减少密封失效几率。本文从设计、安装、工艺操作和维护四方面总结了干气密封运行使用过程中的典型问题。

1. 设计方面

在新项目技术谈判阶段，通常会由最终用户、设计院、主机厂、干气密封厂家四方共同商议签订技术协议。初步设计完成后，四方进行技术协调会对初步设计资料进行审核。此阶段应特别对干气密封控制系统方案讨论充分，否则现场改造成本会过高。最终用户还需要更多的介入接口设计的审查，如过高转速的暖机盘车转速可能会造成干气密封的过度磨损(杭汽有很成熟的充气式盘车技术，对干气密封影响微乎其微)，不合理的轴承回油设计可能会造成润滑油污染二级密封。

案例1:2016年5月，某煤化工厂产品气压缩机，机组盘车机构为16rpm连续盘车，多次长时间起停机盘车，造成密封严重磨损。

2. 安装方面

不当的安装方式可能会导致干气密封短时间运行即出现严重损坏，如干气密封未安装到位、未被有效固定、相对尺寸误差等。干气密封安装是一项非常精细的工作，通常干气密封厂家会协助用户进行此项工作，但建议最终用户需要对过程中的关键点进行监督和控制，如下：

(1)错误的调整垫安装方向可能导致密封损坏。(2)确认密封旋向与机组一致是至关重要的。反向旋转在双向干气密封中是允许的，单向干气密封必须避免反向旋转。(3)安装和拆卸密封过程中确保密封端面垂直于转子，可以有效避免密封卡在转子上。(4)安装和拆卸密封过程中固定转子，否则密封可能无法安装到位。(5)将密封正确集装后再进行安装或拆卸。否则可能导致密封损坏。将密封安装到位后，需拆卸集装板。(6)润滑脂应涂得很薄，过量的润滑脂会污染密封。(7)安装和拆卸密封过程如遇到阻力，立即停止、检查原因。(8)密封必须有效地锁定在轴上，所有锁紧装置必须完全上紧。(9)密封安装到位后，避免转子的过度位移，可能导致密封损坏。(10)密封安装到位后，手动盘车并检查轴蹿量。

案例2:2014年11月，某压气站天然气压缩机干气密封因调整垫安装位置错误导致密封运行后内部金属件剐蹭，密封失效。

机组密封腔或转子缺陷、剖分式机组中分面涂胶、单悬臂式机组蜗壳与转子对中等问题同样会导致干气密封出现泄漏。干气密封安装完成后应进行静压试验，以检验干气密封处于正常工作状态。

3. 工艺操作方面

干气密封可适应机组正常运行的各种工况，但不当的工艺操作会缩短干气密封使用寿命，甚至造成干气密封失效。

(1)频繁启停机。炼油厂和乙烯厂通常可以保证离心压缩机长周期稳定运行，但煤化工厂受工艺所限，往往有更高的启停机次数，部分最终用户在初期开工期可能会有超过三十次/年的启停机次数。旋转设备在启停机时容易出现故障，对于干气密封也同样如此。

(2)机组反转。单向旋转干气密封只允许按照旋转方向允许，机组高速反转会造成干气密封严重损坏。如确实有可能出现机组反转工况或误操作可选用双向旋转干气密封。双向旋转干气密封有相同的正转和反转性能，但在性能方面相对于单向旋转会略有欠缺。

案例3:2008年12月，某炼油厂催化富气压缩机发生旋转，持续时间2分钟，瞬时转速超过6000rpm，密封动静环报废，动环表面严重磨损，发生热裂，静环破损。

(3)机组喘振或长时间振动值偏高。离心压缩机通常的振动值在10-20μm左右，如发生严重喘振，会对干气密封产生很大冲击，动静环有可能会在冲击下发生高速接触并损坏。

案例4:2016年9月，某化工厂制冷压缩机多次严重喘振造成密封严重磨损，后置迷宫梳齿局部被磨平。

(4)杂质污染物。细微颗粒的杂质污染物会划伤密封面或造成副密封卡滞，大颗粒污染物可能会导致密封出现严重损坏。新机安装调试阶段对于管路洁净程度的检查尤为重要。

案例5:2016年7月，某化工厂大丙烯机密封内卷入长条状金属物，导致密封严重损坏。

案例6:2013年5月，某炼油厂加氢裂化压缩机运行十年后检修，密封被严重污染。

(5)工艺气严重污染密封。大部分离心压缩机组工艺气不洁净，如炼油厂富气压缩机组工艺气组分复杂，重组分会带液结焦，循环氢压缩机工艺气会带有液体，聚丙烯和聚乙烯循环气机组工艺气会聚合等。保持洁净密封气供给至关重要，密封气过滤器精度要小于3μm。

案例7:2010年4月，某炼油厂蜡油加氢压缩机因密封气严重带液造成干气密封失效。

(6)干气密封反压。必须保持干气密封端面上下游为正压差，动静环之间才能形成气膜，否则静态反压会造成动静环贴紧，副密封处被推开，有可能无法恢复，动态反压会造成动静环高速接触，密封损坏。请严格遵守干气密封控制系统操作手册上的投气顺序和相关要求。

案例8:2015年8月，某化工厂加氢循环气压缩机接近空载运行2小时，造成干气密封反压，严重损坏。

(7)密封供气系统故障。因误操作、控制逻辑错误、仪表阀门故障或晃电等原因可能造成密封供气系统故障，影响程度需进行现场评估。

案例9:2011年4月，某炼油厂因晃电造成氮气中断，焦化富气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。

(8)快速泄压导致0型圈爆裂。机组事故停车可能会出现工艺气紧急排火炬，压力迅速下降。压力很高时O型圈材料吸收介质内的气体，当压力突然减小时，O型圈材料所吸收的气体快速逃出，造成O型圈表面呈现气泡，凹坑，疤痕。建议90IRHD氟橡胶O形圈的降压速率不超过8bar/min，其他材料O形圈所能承受的最大降压速率均小于4Bar/min。高压机组干气密封建议采用聚合物弹簧加载圈，聚合物弹簧加载圈可适应机组快速降压。

4. 维护方面

建议对干气密封各项参数进行例行巡检并记录，检修前进行干气密封例行检测，定期计划检修机组及干气密封，及时维修检修更换下来旧密封，定期检查并更换过滤器滤芯。

本文只能总结并列举干气密封运行过程中的典型问题。正确的选型方案和可靠的产品保障，相对稳定的机组运行工况，洁净的密封气源环境，及时沟通、培训、提早发现问题和隐患，对于提高干气密封运行可靠性至关重要。

摘要：本文章主要探讨离心压缩机的标准配置干气密封应用，在使用中出现失效过程中典型问题、注意事项及解决办法。

关键词：干气密封,静环,动环,喘振