干氣密封技術(shù)在離心壓縮機(jī)中的應(yīng)用

1、干氣密封技術(shù)在離心壓縮機(jī)中的應(yīng)用                                                &

2、#160;摘要：通過對(duì)干氣密封在120萬噸/年加氫裂化裝置中循環(huán)壓縮機(jī)上的應(yīng)用，闡述了干氣密封的工作原理及在裝置中的運(yùn)行情況。關(guān)鍵詞：干氣密封；工作原理；控制原理The Application of Dry Gas Seal Technology in Centrifugal CompressorAbstract: Through the application of dry gas seal technology in circulation compressor of 1.2 million tons/year hydrocracking installation, the working

3、 principle of dry gas seal and its operating status in installation are specified in this paper. Key words: dry gas seal; working principle; control principle  0  引言隨著石油化工、能源工業(yè)的發(fā)展以及人們安全環(huán)保意識(shí)的提高，對(duì)各類轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備軸封的要求也越來越高。目前，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)石化企業(yè)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備軸封型式采用的是單端面機(jī)械密封或雙端面機(jī)械密封。單端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但存在工藝介質(zhì)易泄漏的問題，不適合輸送易揮發(fā)介質(zhì)；雙

4、端面機(jī)械密封用外引密封液做潤(rùn)滑冷卻介質(zhì)，密封結(jié)構(gòu)及輔助系統(tǒng)較為復(fù)雜。由于機(jī)械密封為接觸式密封，其使用壽命已經(jīng)不能滿足石化企業(yè)長(zhǎng)周期運(yùn)行的要求。干氣密封的出現(xiàn)，是密封技術(shù)的一次革命，它具有使用壽命長(zhǎng)、無介質(zhì)泄漏、軸功率消耗低等優(yōu)點(diǎn)，因此，得到廣泛應(yīng)用。該離心式壓縮機(jī)由沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)有限公司制造，型號(hào)BCL406/A離心壓縮機(jī)，是我廠加氫裂化裝置的核心設(shè)備，其能否長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)系到裝置能否正常運(yùn)行。1  干氣密封工作原理典型的干氣密封結(jié)構(gòu)如圖1 所示，由旋轉(zhuǎn)環(huán)、靜環(huán)、彈簧、密封圈、彈簧座和軸套組成。圖 2 為干氣密封旋轉(zhuǎn)環(huán)示意圖，旋轉(zhuǎn)環(huán)密封面經(jīng)過研磨、拋光處理，并在其上面加工出有特殊作用的

5、流體動(dòng)壓槽。干氣密封旋轉(zhuǎn)環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，密封氣體被吸入動(dòng)壓槽內(nèi)，由外徑朝向中心，徑向分量朝著密封堰流動(dòng)。由于密封堰的節(jié)流作用，進(jìn)入密封面的氣體被壓縮，氣體壓力升高。在該壓力作用下，密封面被推開，流動(dòng)的氣體在兩個(gè)密封面間形成一層很薄的氣膜，此氣膜厚度一般在3m左右。氣體動(dòng)力學(xué)研究表明，當(dāng)干氣密封兩端面間的間隙在23m時(shí)，通過間隙的氣體流動(dòng)層最為穩(wěn)定。 這也就是為什么干氣密封氣膜厚度設(shè)計(jì)值選定在23m的主要原因。當(dāng)氣體靜壓力、彈簧力形成的閉合力與氣膜反力相等時(shí)，該氣膜厚度十分穩(wěn)定。1.彈簧座   2.彈簧   3.靜環(huán)   4.旋轉(zhuǎn)環(huán) 

6、;  5.密封環(huán)   6.軸套圖1  干氣密封結(jié)構(gòu)圖1.動(dòng)壓槽    2.密封壩   3.密封堰   4.密封旋向圖2  干氣密封端面動(dòng)壓槽示意圖正常條件下，作用在密封面上的閉合力（彈簧力和介質(zhì)力）等于開啟力（氣膜反力），密封工作在設(shè)計(jì)工作間隙。當(dāng)受到外部干擾，氣膜厚度減小，則氣膜反力增加，開啟力大于閉合力，迫使密封工作間隙增大，恢復(fù)到正常值。相反，若密封氣膜厚度增大，則氣膜反力減小，閉合力大于開啟力，密封面合攏恢復(fù)到正常值。因此，只要在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，當(dāng)外部干擾消失以后，氣膜厚

7、度就可以恢復(fù)到設(shè)計(jì)值。衡量密封穩(wěn)定性的主要指標(biāo)就是密封產(chǎn)生氣膜剛度的大小，氣膜剛度是氣膜作用力的變化與氣膜厚度的變化之比，氣膜剛度越大，表明密封的抗干擾能力越強(qiáng)，密封運(yùn)行越穩(wěn)定。干氣密封的設(shè)計(jì)就是以獲得最大的氣膜剛度為目標(biāo)。  干氣密封是采用機(jī)械密封和氣體密封的結(jié)合，是一種非接觸端部密封，它是在機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)或靜環(huán)（一般在動(dòng)環(huán)上）的密封面上開有密封槽（本密封為T形槽），當(dāng)動(dòng)靜環(huán)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在兩端面間形成一層氣膜，在氣體泵送效應(yīng)產(chǎn)生的推力作用下把動(dòng)靜環(huán)推開，使兩密封端面不接觸，但在壓縮機(jī)剛開機(jī)階段，由于轉(zhuǎn)速較低，動(dòng)靜密封面形成的動(dòng)壓力也較低，動(dòng)靜環(huán)是接觸摩擦的，所以采用干氣密封的壓縮機(jī)

8、，低速運(yùn)行時(shí)間不宜過長(zhǎng)1。  圖3  T型槽本裝置雙向串聯(lián)干氣密封特點(diǎn)：密封型式為雙向串聯(lián)干氣密封；密封槽為T形槽，見圖3；旋轉(zhuǎn)環(huán)材料為碳化硅；靜環(huán)為涂DLC工業(yè)金剛石碳化硅；輔助密封元件采用填充PTFE，彈簧（ALLOYC40）加載。采用T形槽密封端面，可以避免壓縮機(jī)正反轉(zhuǎn)造成密封損壞或減少使用壽命。     干氣密封的密封氣采用差壓控制，利用啟動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥使平衡管氣與密封氣保持一定壓差，隔離氣和級(jí)間密封氣分別利用自力式調(diào)節(jié)閥保持壓力恒定。     裝置開工和停車時(shí)，壓縮機(jī)出入口壓力相等，此

9、時(shí)增壓泵啟動(dòng)，保證密封氣壓力比平衡管氣壓力高0.30.4MPa（G）,增壓泵驅(qū)動(dòng)氣源工業(yè)風(fēng)為0.350.4 MPa（G），密封氣密封室壓力比一級(jí)排氣壓力高0.03 MPa以上，級(jí)間密封比二級(jí)排氣壓力高0.03 MPa以上。2  影響干氣密封性能的主要參數(shù)將影響干氣密封性能的參數(shù)分為密封端面結(jié)構(gòu)參數(shù)和密封操作參數(shù)。端面結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)密封的穩(wěn)定性影響較大，操作參數(shù)對(duì)密封的泄漏量影響較大。2.1  密封端面結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)氣膜剛度的影響2.1.1  干氣密封動(dòng)壓槽形狀從流體動(dòng)力學(xué)角度來講，在干氣密封端面開任何形狀的溝槽，都能產(chǎn)生動(dòng)壓效應(yīng)。理論研究表明，螺旋槽產(chǎn)生的流體動(dòng)壓效應(yīng)最強(qiáng)

10、，用其作為干氣密封動(dòng)壓槽而形成的氣膜剛度最大，即干氣密封的穩(wěn)定性最好。2.1.2  干氣密封動(dòng)壓槽深度理論研究表明，干氣密封流體動(dòng)壓槽深度與氣膜厚度為同一量級(jí)時(shí)，密封的氣膜剛度最大。實(shí)際應(yīng)用中，干氣密封的動(dòng)壓槽深度一般在310m。在其余參數(shù)確定的情況下，動(dòng)壓槽深度有一最佳值。2.1.3  干氣密封動(dòng)壓槽數(shù)量、動(dòng)壓槽寬度和動(dòng)壓槽長(zhǎng)度理論研究表明，干氣密封動(dòng)壓槽數(shù)量趨于無限時(shí)，動(dòng)壓效應(yīng)最強(qiáng)。不過在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)動(dòng)壓槽達(dá)到一定數(shù)量后，再增加槽數(shù)時(shí)，對(duì)干氣密封性能影響已經(jīng)很小。此外，干氣密封動(dòng)壓槽寬度、動(dòng)壓槽長(zhǎng)度對(duì)密封性能都有一定的影響。2.2  操作參數(shù)對(duì)密封泄漏量的影

11、響2.2.1  密封直徑、轉(zhuǎn)速對(duì)泄漏量的影響。密封直徑越大，轉(zhuǎn)速越高，密封環(huán)線速度越大，干氣密封的泄漏量就越大。2.2.2  密封介質(zhì)壓力對(duì)泄漏量的影響。在密封工作間隙一定的情況下，密封氣壓力越高，氣體泄漏量越大。2.2.3 介質(zhì)溫度、介質(zhì)粘度對(duì)泄漏量的影響。介質(zhì)溫度對(duì)密封泄漏量的影響是由于溫度對(duì)介質(zhì)粘度有影響而造成的。介質(zhì)粘度增加，動(dòng)壓效應(yīng)增強(qiáng)，氣膜厚度增加，但同時(shí)流經(jīng)密封端面間隙的阻力增加。因此，其對(duì)密封泄漏量的影響不是很大。3  干氣密封的控制系統(tǒng)3.1  主要控制流程3.1.1   主密封氣控制流程從壓縮機(jī)出口來的密封氣，首先

12、經(jīng)過除霧器V-3840除霧，然后進(jìn)入密封氣過濾器（精度3m）FL-3841A/B進(jìn)行過濾。如果密封氣的壓力與平衡管壓力差低于0.345MPa（G）(設(shè)定值),則增壓泵B-3840自啟,給密封氣提壓。提壓后的密封氣進(jìn)入儲(chǔ)液罐D(zhuǎn)-3840A/B進(jìn)行氣液分離，再經(jīng)過過濾器（精度3m）FL-3842過濾后進(jìn)入密封氣調(diào)節(jié)閥PDCV-3840。調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進(jìn)氣流量為1614-5663NL/min,密封氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥后分兩路并經(jīng)過流量孔板進(jìn)入一級(jí)密封腔。然后泄漏氣經(jīng)一級(jí)密封氣泄漏線并經(jīng)過孔板FE-3846/3847排入火炬。3.1.2  輔助密封氣控制流程級(jí)間密封氮?dú)鈴牡獨(dú)鈪^(qū)來的氮?dú)饨?jīng)過濾器（精度1m）

13、FL-3840A/B過濾后，級(jí)間密封氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥PCV-3840調(diào)節(jié)流量控制在65100NL/min后，又分兩路經(jīng)流量孔板FE-3842/3843進(jìn)入級(jí)間密封氣密封腔，級(jí)間密封起輔助密封作用。然后氮?dú)饨?jīng)二級(jí)泄漏線進(jìn)入火炬。需要注意的是：二級(jí)密封進(jìn)氣流量應(yīng)略小于一級(jí)密封放入火炬的流量。3.1.3  隔離密封控制流程   隔離氮?dú)鈴牡獨(dú)鈪^(qū)來的氮?dú)饨?jīng)過濾器（精度3m）FL-3840A/B過濾后，經(jīng)隔離氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥PCV-3841調(diào)量110174NL/min后，又分兩路經(jīng)流量孔板FE-3844/3845進(jìn)入隔離氣密封腔，隔離潤(rùn)滑油。其中一部分經(jīng)過密封進(jìn)入二級(jí)密封排氣腔；另一部

14、分由端面進(jìn)入軸承箱，高點(diǎn)放空。3.2  主要控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置主密封氣過濾器設(shè)有差壓變送器PDIT-3841，并設(shè)定壓力0.138MPa（G）的高報(bào)警值，當(dāng)過濾器差壓變大時(shí)，必須切換進(jìn)行清理或更換濾芯。主密封氣與平衡管設(shè)有差壓表PDIT-3840，當(dāng)壓差小于0.345 MPa（G）時(shí)，增壓泵B-3840自啟，給主密封氣增壓，當(dāng)差壓高于0.52 MPa（G）時(shí)，增壓泵B-3840自動(dòng)關(guān)閉。增壓泵漏氣壓力PSA38420.1MPa（G）時(shí)高報(bào)警，PSA38420.14MPa（G）時(shí)停增壓泵。主密封氣的流量表（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）FIT-3840、FIT-3841設(shè)有5663NL/min高報(bào)警、設(shè)有1

15、614NL/min低報(bào)警，此時(shí)需要調(diào)節(jié)流量，泄漏氣和2通過迷宮密封釋放到火炬，流量計(jì)流量FA3846/3847164.2NL/min高報(bào)警；流量計(jì)流量FA3846/3847235NL/min停機(jī)。級(jí)間密封氣通過自立式調(diào)節(jié)閥PCV-3840調(diào)節(jié)壓力，控制級(jí)間密封氣壓力0.0655 MPa（G）高報(bào)警，0.0193 MPa（G）低報(bào)警。隔離氣通過自立式調(diào)節(jié)閥PCV-3841調(diào)節(jié)壓力，隔離氣壓力PIA-384090kPa（G）低報(bào)警。隔離氣供氣流量表（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）FIT-3844、FIT-3845設(shè)有184NL/min高報(bào)警、設(shè)有99NL/min低報(bào)警。以上主要參數(shù)全部經(jīng)組態(tài)并入ESD系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)

16、該密封系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。3.3  幾點(diǎn)整改3.3.1  增壓泵驅(qū)動(dòng)氣源由儀表風(fēng)改為氮?dú)?，因?yàn)樵O(shè)計(jì)儀表風(fēng)從管網(wǎng)引來，沒有經(jīng)過過濾和緩沖罐，壓力可能會(huì)有波動(dòng)或帶液，不利于密封系統(tǒng)的穩(wěn)定，所以經(jīng)研究決定改為氮?dú)猓⒔?jīng)氮?dú)膺^濾器過濾后進(jìn)入密封腔，此氮?dú)馐菑姆€(wěn)壓氮?dú)夤芫W(wǎng)引出，這樣既保證了驅(qū)動(dòng)氣源清潔度又保證了氣源的穩(wěn)定性。3.3.2  對(duì)所有密封輔助系統(tǒng)工藝管線增加了電伴熱線，有效防止了密封氣中大分子量氣在低溫下凝液造成損壞密封的后果。3.3.3  改造密封氣放空系統(tǒng)，原設(shè)計(jì)排氣到火炬，由于火炬有時(shí)候有背壓，給排出氣體造成一定的堵塞，改造后，把氣體直接排向大氣。4&#

17、160; 運(yùn)行情況干氣密封投用以來，經(jīng)歷了空負(fù)荷試車，氮?dú)庳?fù)荷試車，兩次開停工及儀表假指示造成連鎖停車等多種考驗(yàn)，表1是干氣密封運(yùn)行情況，從表中可以看出密封性能穩(wěn)定，可靠，機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，事實(shí)證明了干氣密封的優(yōu)越性。表1  干氣密封運(yùn)行參數(shù)時(shí)間轉(zhuǎn)速/（r/min） 平衡管/密封氣差壓/MPa主密封氣過濾器差壓/MPa隔離氣壓力/MPa二級(jí)密封氣壓力/MPa增壓泵排放壓力/MPa驅(qū)動(dòng)/非驅(qū)動(dòng)端密封氣流量/(NL/min)驅(qū)動(dòng)/非驅(qū)動(dòng)端一級(jí)密封氣流量/(NL/min)PDIA3840PDIA3841PIA3840PIA3841PIA3842FIA3840FIA3841FIA384

18、6FIA38470：0094010.4420.0620.1120.1020.0543765.123729.68122.32112.362：0093980.4420.0620.1120.1020.0563765.123733.25121.36111.234：0094000.4430.0620.1110.1030.0483768.343728.34124.11113.926：0094030.4410.0610.1130.1010.0473763.253731.86123.56114.158：0094020.3380.0620.1140.1020.0573761.323728.49123.76113.2610：0094020.3370.0620.0990.0990.0613764.693729.67124.62112.8912：0093990.3390.0610.1000.1030.0433760.583730.47120.86112.4814：0093970.3390.0630.1000.1030.0513761.433734.26121.71111.8716：0094010.4410.0630.0980.1020.0633761.363