浮環(huán)密封在使用過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題分析及處理

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上浮環(huán)密封在使用過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題分析及處理何文豐（中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉油化工股份有限公司煉油三部 浙江寧波 ） 摘要 離心壓縮機(jī)軸端常采用浮環(huán)密封結(jié)構(gòu)，本文講述了浮環(huán)密封的基本結(jié)構(gòu)、原理，并通過(guò)浮環(huán)密封常見(jiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出了浮環(huán)密封安全穩(wěn)定運(yùn)行的條件與注意事項(xiàng)。 關(guān)鍵詞 浮環(huán)密封 參考?xì)?緩沖氣 磨損 1 前言 離心壓縮機(jī)在煉油化工裝置中應(yīng)用十分廣泛，其所輸送的介質(zhì)一般為易燃、易爆氣體。壓縮機(jī)的軸端密封是機(jī)組安全運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，目前工業(yè)上已成功運(yùn)用的密封形式有：油膜密封、機(jī)械密封、干氣密封。油膜密封又主要有：常規(guī)油膜密封、TAPER CONE型油膜密封、TBS型油膜密封三種1

2、。常規(guī)油膜密封（也就是我們常見(jiàn)的浮環(huán)密封，以下簡(jiǎn)稱浮環(huán)密封）不受密封介質(zhì)壓力限制，已有50多年的使用經(jīng)驗(yàn)，使用可靠。但在使用中遇到了一些問(wèn)題，本文對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了分析，并介紹了這些問(wèn)題的處理方法。2 浮環(huán)密封的結(jié)構(gòu)及原理2.1 浮環(huán)密封的結(jié)構(gòu) 浮環(huán)密封由內(nèi)浮環(huán)(介質(zhì)側(cè)密封環(huán)，又稱高壓密封環(huán))、外浮環(huán)(大氣側(cè)浮環(huán)，又稱低壓密封環(huán))、浮環(huán)座、彈簧、防轉(zhuǎn)銷等組成，其基本結(jié)構(gòu)參見(jiàn)下圖1。圖1 浮環(huán)密封的結(jié)構(gòu)示意圖2.2 浮環(huán)密封的原理 浮環(huán)密封是一種非接觸式密封。為了防止氣體漏出機(jī)外，在高壓密封環(huán)和低壓密封環(huán)之間注入稍高于密封氣體壓力的密封油，其壓力一般控制在比被密封氣體壓力高0.05MPa左右。密封

3、油通過(guò)高壓密封環(huán)和低壓密封環(huán)與軸之間的間隙，沿軸線方向向兩端流出，轉(zhuǎn)子高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，流入浮環(huán)間的密封油就在浮環(huán)與軸之間形成穩(wěn)定的油膜，由于油膜充滿整個(gè)浮環(huán)間隙，所以可阻止氣體介質(zhì)的外漏。浮環(huán)由鍛鋼制成，浮環(huán)內(nèi)表面澆鑄一層軸承合金，與旋轉(zhuǎn)軸相配合，二者保持較小的間隙。 浮環(huán)側(cè)面有防轉(zhuǎn)銷（如圖1中：20），使浮環(huán)只能浮動(dòng)，不能隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)浮環(huán)與隔座之間還裝有彈簧（如圖1中：7），將浮環(huán)與密封體的側(cè)面壓緊，防止高壓密封油從側(cè)面泄漏，影響密封效果。2.3 浮環(huán)密封的特點(diǎn)及應(yīng)用 浮環(huán)密封的優(yōu)點(diǎn)：a)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)；b)密封穩(wěn)定；c)適用的轉(zhuǎn)速范圍大。 浮環(huán)密封的缺點(diǎn)：a)要求的制造精度高；b)控制系

4、統(tǒng)復(fù)雜；c）輔助系統(tǒng)投資大，運(yùn)行費(fèi)用高。 由于浮環(huán)與軸承類似，具有自動(dòng)對(duì)正軸心的特性，浮環(huán)與軸間的間隙很小，特別適用于大壓差條件下的密封，并且在正常工作情況下，軸與浮環(huán)間有一層液膜，形成液體摩擦工況，浮環(huán)與軸不發(fā)生磨損，也很安全，故適用于高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的密封。浮環(huán)密封常用于壓縮有毒、易燃、易爆氣體的軸端密封。特別適用高壓、高轉(zhuǎn)速的離心壓縮機(jī)的軸端密封。3 浮環(huán)密封的油路與控制系統(tǒng) 為保證浮環(huán)密封的可靠性，浮環(huán)密封油路與控制系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)、維護(hù)是至關(guān)重要的。典型的浮環(huán)密封油路與控制系統(tǒng)參見(jiàn)圖2。系統(tǒng)中密封高位油罐頂部氣室與浮環(huán)密封的油氣混合腔相連，此氣稱為參考?xì)?；平衡管?nèi)氣體簡(jiǎn)稱為平衡氣，而為了防

5、止介質(zhì)外漏污染密封油在平衡氣與參考?xì)庵g注入較為干凈的氣體，我們稱之為緩沖氣。浮環(huán)密封油路控制系統(tǒng)2個(gè)壓差、2個(gè)液位穩(wěn)定控制尤為重要。2個(gè)壓差是指緩沖氣與平衡氣、密封油與參考?xì)庵g的壓差，2個(gè)液位是指高位油罐和油氣分離器的液位。3.1 密封油與參考?xì)?密封油的壓力一般控制在比參考?xì)鈮毫Ω?.05MPa，其壓差是靠高位油罐的液位來(lái)控制的，高位油罐設(shè)置在壓縮機(jī)軸線上方約57米，57米高的油柱靜壓就形成了密封油與參考?xì)獾膲毫Σ?。為了保持此壓差或者說(shuō)密封油高位罐的液位穩(wěn)定，系統(tǒng)中靠控制閥PDCV2.40與LIC2.50聯(lián)合來(lái)控制，LIC2.50為主動(dòng)調(diào)節(jié)控制高位油罐的液位，PDCV2.40為被動(dòng)調(diào)節(jié)控

6、制密封油返回油箱的流量。3.2 緩沖氣與平衡氣 緩沖氣與平衡氣的壓差靠控制閥PDCV2.60來(lái)控制，一般按照緩沖氣比平衡氣高0.050.1MPa來(lái)控制。緩沖氣比平衡氣壓力高的作用：防止密封油混合氣竄到壓縮機(jī)機(jī)體中去，隔絕循環(huán)氫與密封油的接觸，保持密封油油質(zhì)良好。假如緩沖氣與平衡氣壓差過(guò)低或者緩沖氣取消，密封油混合氣就有可能通過(guò)迷宮密封竄入到機(jī)體中去，或者機(jī)體內(nèi)氣體竄入內(nèi)回油。實(shí)際上不論是潤(rùn)滑油內(nèi)竄還是工藝氣體外竄都非常不利于機(jī)組的平穩(wěn)操作。圖2 密封油路與控制系統(tǒng)典型流程圖4 浮環(huán)密封的幾個(gè)重要參數(shù)4.1 浮環(huán)密封的漏油量浮環(huán)密封漏油量與密封油的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)系，所以要計(jì)算浮環(huán)密封的漏油量，需首

7、先判斷密封油通過(guò)浮環(huán)間隙的流動(dòng)狀態(tài)，流動(dòng)狀態(tài)分為層流和紊流。在設(shè)計(jì)計(jì)算中，可改變密封環(huán)結(jié)構(gòu)參數(shù)和密封油參數(shù)，盡量使浮環(huán)密封油的流動(dòng)狀態(tài)處于穩(wěn)定的層流狀態(tài)，以延長(zhǎng)浮環(huán)的使用壽命。對(duì)于層流狀態(tài)，浮環(huán)密封的漏油量為： 浮環(huán)密封的漏油量一般控制在內(nèi)浮環(huán)2040升/天，外浮環(huán)2040升/分鐘。4.2 浮環(huán)密封的回油溫升 對(duì)于內(nèi)浮環(huán)，其軸向壓差P值固定在0.05MPa左右。 對(duì)于外浮環(huán)，其軸向壓差P值等于介質(zhì)氣體壓力與大氣壓力的差值，也就是說(shuō)取決于介質(zhì)的壓力，設(shè)計(jì)工況下P值符合設(shè)計(jì)要求，則泄漏量Q也符合設(shè)計(jì)要求，但是當(dāng)壓縮機(jī)遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)工況在較低壓力運(yùn)行時(shí)，P值偏離設(shè)計(jì)值也偏小，Q也過(guò)小，回油量的減少易造成浮

8、環(huán)溫度升高，如果溫度升高到一定程度就會(huì)造成浮環(huán)的軸承合金損壞，甚至發(fā)生抱軸，造成事故。 浮環(huán)密封的回油溫升計(jì)算如下： 由上面式(1)、(2)可知，浮環(huán)密封油的泄漏量與P、間隙值S成正比。減少間隙S，可以降低泄漏量，但是間隙過(guò)小，摩擦熱量帶不走，容易導(dǎo)致浮環(huán)損壞；間隙過(guò)大，耗油量大，經(jīng)濟(jì)上不合理。浮環(huán)間隙一般均在下列范圍選取2： 內(nèi)浮環(huán)半徑間隙S(0.00050.001)D 外浮環(huán)半徑間隙S(0.0010.002)D 當(dāng)壓縮機(jī)入口壓力大于7MPa后，外浮環(huán)兩側(cè)壓差較大，可以使用多環(huán)結(jié)構(gòu)（如上圖1中使用2道外環(huán)），以減少每個(gè)浮環(huán)承受的壓差值，并可以減少泄漏量。5 浮環(huán)密封的常見(jiàn)問(wèn)題分析5.1 壓縮

9、機(jī)的最低啟動(dòng)壓力 某加氫循環(huán)氫壓縮機(jī)設(shè)計(jì)壓力為1.86MPa，其外浮環(huán)間隙為0.260.30mm。鎮(zhèn)海煉化加氫裂化裝置循環(huán)氫壓縮機(jī)C301設(shè)計(jì)壓力達(dá)到18.75MPa，為了減少其正常運(yùn)行時(shí)的外回油量，其外浮環(huán)存在一定的錐度，小頭為0.110.13mm，大頭為0.190.21mm。 由上式（1）及式（2）可知，當(dāng)壓縮機(jī)C301在較低壓力運(yùn)行時(shí)，其外浮環(huán)壓差較低，如運(yùn)行壓力為3.0MPa時(shí)，外浮環(huán)壓差僅為正常運(yùn)行時(shí)壓差的20左右，外回油量會(huì)比在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)大大減少，以至于有可能無(wú)法帶走熱量。為了避免浮環(huán)溫升過(guò)大，造成浮環(huán)過(guò)熱而失效，高壓壓縮機(jī)在低壓運(yùn)行時(shí)要進(jìn)行外回油溫升的核算。 有人曾對(duì)鎮(zhèn)海煉

10、化加氫裂化BCL406/A進(jìn)行過(guò)核算，結(jié)果表明在該壓縮機(jī)在7000rpm運(yùn)行時(shí)的壓力不低于3.2MPa，在6000rpm運(yùn)行時(shí)的最低運(yùn)行壓力不低于2.5MPa3?，F(xiàn)在對(duì)加氫裂化C301的日常操作中要求做到： （a）裝置開(kāi)工一般在系統(tǒng)壓力達(dá)到3.5MPa時(shí)才開(kāi)壓縮機(jī)C301，以確保浮環(huán)密封的安全運(yùn)行；（b）裝置停工降壓時(shí)，隨著系統(tǒng)壓力的降低壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速要也要降低，當(dāng)系統(tǒng)壓降低到3.5MPa時(shí)停運(yùn)機(jī)組。5.2 外回油偏流2002年加氫裂化裝置C301兩端外回油溫度偏差較大，低壓側(cè)外回油溫度相對(duì)高壓側(cè)外回油溫度要高30。詳見(jiàn)下表1。表1 加氫裂化C301外浮環(huán)回油溫度記錄時(shí)間油箱溫度/油箱冷后溫度/

11、出口壓力/MPa轉(zhuǎn)速/rpm緩沖氣溫度/V303壓力/MPa低壓端回油溫度/高壓端回油溫度/2.27444217.882577415.487.558.02.28424017.882597015.487.056.02.28424017.882597015.486.556.03.1423917.882597015.487.556.53.1424017.882597015.484.056.03.4403917.882596915.485.555.5 最初原因分析及采取措施：可能是低壓端外浮環(huán)間隙過(guò)小，采用對(duì)平衡管、緩沖氣管線及密封油冷卻器進(jìn)行澆淋冷卻水的方法，對(duì)低壓端外回油溫度的下降起到了一定的作用

12、，低壓端外回油溫度降低了約34。由于浮環(huán)溫度一直較高，最高達(dá)到了89，2002年3月10日對(duì)C301進(jìn)行了停工搶修。檢查情況：低壓側(cè)2只外浮環(huán)情況較好，內(nèi)浮環(huán)巴氏合金有些脫落，并有結(jié)焦情況；高壓端2只外浮環(huán)明顯磨損，磨損最大達(dá)到0.24mm，內(nèi)浮環(huán)結(jié)焦較嚴(yán)重，高壓端外側(cè)外浮環(huán)盒密封面磨損。詳見(jiàn)下表2。表2 加氫裂化C301浮環(huán)檢修情況項(xiàng)目前浮環(huán)內(nèi)環(huán)前浮環(huán)外環(huán)后浮環(huán)內(nèi)環(huán)后浮環(huán)外環(huán)直徑間隙直徑間隙直徑間隙直徑間隙檢修前結(jié)焦嚴(yán)重105.410.42結(jié)焦嚴(yán)重105.210.23檢修后105.070.08105.160.19105.070.09105.160.19標(biāo) 準(zhǔn)0.070.090.190.210

13、.070.090.190.21 由上式（1）可知，檢修前的低壓端外浮環(huán)的間隙為高壓端外浮環(huán)間隙的2倍，回流量之比將接近8：1，偏流就不可避免，所以會(huì)出現(xiàn)溫差達(dá)到30的不正常情況。檢修更換全部浮環(huán)后兩端外浮環(huán)回油偏流現(xiàn)象沒(méi)有出現(xiàn)，運(yùn)行正常，兩端回油溫度均保持在80左右。5.3 浮環(huán)磨損5.3.1 外浮環(huán)磨損 鎮(zhèn)海煉化公司加氫裂化循環(huán)氫壓縮機(jī)C301在2001年5月5日、5月6日、5月7日曾連續(xù)發(fā)生外浮環(huán)磨損。現(xiàn)象為高壓端外回油泄漏量增大，回油管線來(lái)不及排油，高壓端密封油外回油從機(jī)體上部冒氣管大量冒出，連續(xù)3次被迫停機(jī)處理進(jìn)行浮環(huán)檢修。3次檢修都發(fā)現(xiàn)外浮環(huán)磨損嚴(yán)重，內(nèi)浮環(huán)磨損情況較好，并且封油進(jìn)油

14、法蘭過(guò)濾網(wǎng)拆出有塊狀焦粉。 分析原因認(rèn)為高位油罐較臟，在高位油液位下降過(guò)程中，高位油中的臟物進(jìn)入浮環(huán)中引起浮環(huán)磨損，導(dǎo)致外回油漏量增大冒油。決定對(duì)密封油罐換油清理，對(duì)高位油罐進(jìn)行退油，高位油罐、參考?xì)夤芫€至壓縮機(jī)出口管線和吹掃，吹掃完后跑油，5月8日開(kāi)機(jī)正常。 2003年5月C301大修后，對(duì)密封油系統(tǒng)進(jìn)行了吹掃，發(fā)現(xiàn)高位油罐、參考?xì)饩€很臟，吹掃出來(lái)很多顆粒雜質(zhì)，經(jīng)過(guò)多次吹掃后跑油更換密封油過(guò)濾器濾芯，基本上保證了密封油系統(tǒng)的清潔，2003年6月C301開(kāi)機(jī)后沒(méi)有出現(xiàn)浮環(huán)密封異常的情況。5.3.2 內(nèi)浮環(huán)磨損 由于內(nèi)浮環(huán)的壓差較小，內(nèi)漏油量也少，浮環(huán)的摩擦熱很難帶走，操作中除了要確保高位油罐的

15、液位以確保內(nèi)浮環(huán)的壓差，還要恰當(dāng)?shù)目刂岂Y放氣量（油氣分離器頂部排氣量），保持內(nèi)回油暢通。馳放氣量是靠油氣分離器頂部的孔板來(lái)控制的，孔板必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格計(jì)算和設(shè)計(jì)，孔徑過(guò)大，馳放氣量增加，壓縮機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能差，孔徑過(guò)小，使得油氣混合腔內(nèi)油不能及時(shí)排走，內(nèi)回油不暢而發(fā)生內(nèi)浮環(huán)磨損。 總之，為了保證浮環(huán)密封系統(tǒng)的正常運(yùn)行，一定要保持好高位油罐的液位和油氣分離器的液位及馳放氣（油氣頂分離器頂部氣體）的暢通。5.4 參考?xì)夤芫€積液 鎮(zhèn)海煉化公司煉油三部II加氫裝置循環(huán)氫壓縮機(jī)C202曾多次發(fā)身冒氣管冒氣，冒氣時(shí)高位油罐液位正常，浮環(huán)磨損也沒(méi)有超標(biāo)。后來(lái)發(fā)現(xiàn)是參考?xì)夤芫€有凝縮液的存在，導(dǎo)致密封油與參考?xì)獾膲毫Σ?/p>

16、同高位油罐液位不成正比。詳見(jiàn)下圖4所示。圖4 參考?xì)夤芫€積液示意圖 正常情況下： P2P0gh1 0.05MPa 而參考?xì)夤芫€發(fā)生積液時(shí)（如圖4所示）： P2P0gh1g（h2h3）0.05MPa式中： P0參考?xì)馇惑w壓力 P2進(jìn)入浮環(huán)的密封油壓力 所以當(dāng)參考?xì)夤芫€發(fā)生積液時(shí)，密封油壓力與參考?xì)馇惑w的壓力就小于0.05MPa，積液達(dá)到一定程度，內(nèi)浮環(huán)兩側(cè)壓差小到一定程度，內(nèi)浮環(huán)密封就會(huì)困難，參考?xì)馇惑w中的氣體就會(huì)從內(nèi)浮環(huán)外竄至外浮環(huán)并從冒氣管中冒出。 對(duì)于這種情況，可以通過(guò)稍微提高密封油高位罐的液位，把參考?xì)夤芫€中的凝縮液趕至內(nèi)回油，如果參考?xì)饩€底部有導(dǎo)凝可以直接排液就更加方便。 此外，如果高位油罐液位失靈，高位油罐液位滿罐，則更加危險(xiǎn)，內(nèi)浮環(huán)密封將徹底失效，密封油大量竄入機(jī)體中或者氣體大量外漏至冒氣管。6 浮環(huán)密封運(yùn)行注意事項(xiàng) 由于浮環(huán)密封的重要性，在操作中要確保浮環(huán)密封系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，必須做到： a）要控制好密封高位油罐的液位，確保密封油與參考?xì)獾膲翰睿?b）密封油過(guò)慮器要監(jiān)控好壓差，及時(shí)切換更換過(guò)濾器濾