影響壓縮機干氣密封使用壽命的因素探討
論文導讀：由于兩密封面在設備充壓至一定壓力后及運行過程中不接觸,故干氣密封具有轉(zhuǎn)速范圍廣、密封介質(zhì)壓力較高、使用壽命長(一般能運行5.0×104h)、維護量小、可靠性高、介質(zhì)泄漏量低等優(yōu)點。為了保證進入干氣密封的密封工藝氣潔凈,且其壓力始終高于壓縮機的入口壓力(R2R機組的差壓為269kPa),對已安裝了軸端干氣密封裝置的壓縮機均配設密封工藝氣處理裝置。
關鍵詞：壓縮機，干氣密封，使用壽命
1.干氣密封的工作原理
干氣密封是20世紀60年代末從氣體動壓軸承的基礎上發(fā)展起來的一種新型非接觸式密封,主要由旋轉(zhuǎn)環(huán)(合金鋼)、靜環(huán)(碳環(huán))、密封圈、彈簧、彈簧座和軸套等組成。旋轉(zhuǎn)環(huán)密封面經(jīng)過研磨和拋光處理,并在面上加工出流體動壓槽,氣體槽深度僅有幾微米。干氣密封動環(huán)與靜環(huán)的幾何形狀是經(jīng)過精心設計和加工的,二者在兩種情況下分開。一是當機殼內(nèi)介質(zhì)充壓至一定壓力時(GE機組為0.6MPa),干氣密封動環(huán)與靜環(huán)便脫離接觸;二是機殼內(nèi)介質(zhì)表壓為零,當干氣密封旋轉(zhuǎn)環(huán)旋轉(zhuǎn)時(GE機組的動環(huán)圓周線速度達1.2m/s),機殼內(nèi)介質(zhì)氣體被吸入動壓槽內(nèi),由于氣體槽未開透至密封
面內(nèi)側,故在動壓槽根部就產(chǎn)生了密封堰的節(jié)流作用。進入密封面的氣體被壓縮,在該氣體壓力的作用下,密封面被推開,流動的氣體在兩個密封間形成一層很薄的氣膜(厚度一般為3μm)。當氣體靜壓和彈簧力形成的合力與氣膜反力相等時,氣膜厚度就十分穩(wěn)定,這個穩(wěn)定的氣膜可以使密封端面間保持一定的密封間隙,因此保證了密封的可靠性。由于兩密封面在設備充壓至一定壓力后及運行過程中不接觸,故干氣密封具有轉(zhuǎn)速范圍廣、密封介質(zhì)壓力較高、使用壽命長(一般能運行5.0×104h)、維護量小、可靠性高、介質(zhì)泄漏量低等優(yōu)點。
2.干氣密封的結構及安裝情況
R2R壓縮機安裝的是JHONCRANE公司28XP型干氣密封,該密封是雙密封結構,在它與壓縮機殼體內(nèi)側之間安裝有一道迷宮密封,以防止機組運行時不潔凈的工藝氣進入密封工藝氣室,保護干氣密封第一道密封面。此外,在密封與軸承腔間一般配套安裝隔離密封,以防止?jié)櫥臀廴靖蓺饷芊獾诙烂芊饷�。密封工藝氣進入干氣密封第一道密封室,極少部分通過第一道密封處的氣隙排至一安全的區(qū)域,絕大部分通過安裝在干氣密封與壓縮機內(nèi)殼之間的迷宮密封進入壓縮機內(nèi),從而保進入干氣密封工藝氣室
的天然氣是潔凈的。當機組運行或停機而滑油泵運行時,在干氣密封與軸承室之間安裝的一隔離密封需連續(xù)不斷地供給一定壓力的潔凈壓縮空氣,這些壓縮空氣進入隔離密封后從其兩端與軸之間的迷宮密封處流出,從而防止?jié)櫥瓦M入干氣密封內(nèi)而污染密封面。
3.干氣密封工藝氣處理系統(tǒng)
為了保證進入干氣密封的密封工藝氣潔凈,且其壓力始終高于壓縮機的入口壓力(R2R機組的差壓為269kPa),對已安裝了軸端干氣密封裝置的壓縮機均配設密封工藝氣處理裝置。長輸天然氣管道壓縮機干氣密封工藝氣一般取自壓縮機出口的高壓天然氣,經(jīng)調(diào)壓、過濾后再送入壓縮機驅(qū)動端、非驅(qū)動端的干氣密封的密封工藝氣室。
4.干氣密封提前損壞的原因
干氣密封的旋轉(zhuǎn)環(huán)與靜環(huán)的密封面加工精度非常高,從而能保證兩個端面之間以非常小的間隙來相對旋轉(zhuǎn)。但是,如果密封面之間進入了固體雜質(zhì)或液滴,就會破壞密封面之間密封工藝氣膜的穩(wěn)定,使正在相對旋轉(zhuǎn)的密封面可能相互接觸而造成密封面的損壞。尤其是當液體雜質(zhì)進入密封面后,導致密封面接觸,由于兩個密封面相對旋轉(zhuǎn)的速度很高,會使液體雜質(zhì)中的碳氫化合物瞬間碳化而粘在密封面上,使旋轉(zhuǎn)環(huán)密封面變形,從而破壞其密封性能。另外,干氣密封與壓縮機內(nèi)工藝氣之間只有一處迷宮密封,而迷宮密封是要在氣體處于流動的情況下才能起到一定的密封作用,同時該密封不能承受較高的壓力。因此,從干氣密封的結構及工作原理來看,只有保持密封工藝氣及密封腔的清潔及密封工藝氣在壓縮機殼體充壓時處于流動狀態(tài)下,才能保證干氣密封長期穩(wěn)定運行。但是,由于上游氣田設備的原因,西氣東輸管道2005年6～11月期間為濕氣輸送階段,導致進入管道的天然氣的水露點及烴露點均超過設計要求(管輸天然氣的工況下水露點及烴露點應低于輸送管道所處環(huán)境最低溫度5℃)。在濕氣輸送持續(xù)的一段時間內(nèi),2005年初投用的R2R壓縮機組有多套非驅(qū)動端干氣密封被損壞。對損壞的干氣密封解體后發(fā)現(xiàn),損壞的原因是干氣密封的密封面受到污染所致。
4.1機組啟機設計原因
因為干氣密封要求當壓縮機殼體內(nèi)有一定壓力的天然氣存在時,就需要給其提供密封工藝氣,而R2R機組在機組啟動前沒有專門給干氣密封提供啟動密封工藝氣的裝置。R2R壓縮機的非驅(qū)動端干氣密封與工藝氣之間除了密封上的一道迷宮密封外再沒有其它的密封裝置,而迷宮密封是要在其前后有壓差存在的情況下才能起作用。當機組啟機程序進入壓縮機吹掃及充壓進程時,機組還未轉(zhuǎn)動,密封工藝氣循環(huán)還沒有建立,因而不可避免地會有一定量的未經(jīng)過濾處理的天然氣反向進入干氣密封的第一道密封室,在機組高速運轉(zhuǎn)時就存在導致干氣密封損壞的可能性。另外,機組正常停機4h后如不再啟動,壓縮機內(nèi)的天然氣才能通過放空閥放掉。在這4h期間,由于氣體的擴散,會使干氣密封的密封室內(nèi)的天然氣受到污染,對干氣密封構成威脅。論文參考網(wǎng)。
4.2天然氣的水露點及烴露點均超標
在一定的工況下,壓縮機內(nèi)的天然氣會析出液態(tài)的水及輕烴。液態(tài)水及輕烴的析出主要發(fā)生在兩種情況之下,一是機組運行時干氣密封的密封工藝氣室析出了少量的液態(tài)水及輕烴;二是當機組停運后,隨著壓縮機機體溫度的降低,會有部分水及輕烴在干氣密封供氣管道的內(nèi)壁凝析出來,在下次啟機時這部分水及輕烴會隨著密封工藝氣體的流動而進入干氣密封,對干氣密封造成影響。
5.防治措施
在R2R機組干氣密封的密封工藝氣供氣管道上增加一套密封工藝氣控制裝置(GCU),主要是在機組啟動程序運行至壓縮機殼吹掃及充壓前、機組停機后至壓縮機放空結束前運行該裝置。其目的是使壓縮機干氣密封的密封工藝氣在機組未轉(zhuǎn)動而機殼內(nèi)有一定壓力的天然氣時處于流動狀態(tài),這樣壓縮機在吹掃與充壓、機組停機至壓縮機放空結束前未經(jīng)過過濾的天然氣就不會進入干氣密封的密封工藝氣室。
當管輸天然氣的水露點、烴露點超標時,在壓縮機運行的過程中一定要投用GCU裝置的電加熱器,確保干氣密封氣差壓調(diào)節(jié)閥出口處的密封工藝氣溫度高于工況下的天然氣水露點和烴露點。因為在目前運行的壓力條件下,天然氣經(jīng)過調(diào)節(jié)閥的節(jié)流后會產(chǎn)生“焦2湯效應”,節(jié)流后的天然氣溫度會有一定程度的降低。一般地,每節(jié)流1MPa,天然氣溫度會降低近4℃。若壓縮機入口壓力為6.5MPa,壓比為1.4的情況下,壓縮機出口壓力則為9.1MPa,壓縮機干氣密封氣差壓調(diào)節(jié)閥處的壓降約為2.3MPa,在調(diào)節(jié)閥處由于節(jié)流所造成的溫降約為10℃,再加上GCU整個管路、裝置的散熱損失,進入干氣密封的密封工藝氣的溫度就有可能低于工況下的天然氣水露點和烴露點,導致液態(tài)水及烴的析出,損壞干氣密封。論文參考網(wǎng)。因此,在機組運行時,應根據(jù)管輸天然氣的氣質(zhì)情況及時投用GCU裝置內(nèi)的電加熱器。
在壓縮機干氣密封的密封工藝氣供氣管道上增加電伴熱及保溫。這主要是將干氣密封工藝氣過濾器下游至進入密封室之前這一段管道進行伴熱及保溫,并將電伴熱系統(tǒng)設為自動運行方式。當密封工藝氣供氣管道的溫度低于40℃時,電伴熱自動啟動,使該段管道的溫度保持在一定的溫度之上,其主要作用是防止在壓縮機停機后該段管道內(nèi)產(chǎn)生凝液。此項措施已在甘肅段壓氣站的壓縮機上實施。
機組停運后在確認短時間內(nèi)不再啟動,應盡快執(zhí)行壓縮機放空程序。值得注意的是,不能執(zhí)行緊急放空程序,否則會使壓縮機內(nèi)的天然氣壓力下降過快,有可能會使進入干氣密封O形密封環(huán)內(nèi)的天然氣快速膨脹,導致O形密封環(huán)(材質(zhì)為聚合材料)損壞。論文參考網(wǎng)。
定期檢查并排凈隔離密封污液罐內(nèi)的液體,以防止污液漲至隔離密封處,造成干氣密封第二道密封的損壞。
參考文獻
[1] 王樹術,劉春艷. 離心壓縮機干氣密封損壞原因分析[J]. 風機技術, 2009, (02) .
下一篇:沖擊碾壓技術略談
