刘启鹏

（陕西省延川县永坪炼油厂 陕西延川）

2MCL456-37型富气压缩机组原配轴端密封装置是浮环密封，运行中经常发生密封跑油、串油现象。润滑油、密封油受到污染，不但给企业造成很大的经济损失，同时也是机组安全运行的隐患。

一、浮环密封

1.结构和原理（图 1）

密封油从内外环之间注入，注入的密封油压力比气体介质高0.04～0.06 MPa。轴旋转时在偏心圆柱间将形成油膜，流体压力将浮环托起，形成液体节流式非接触密封。密封油通过浮环与轴之间很小的间隙，沿轴向左右流动，分别限制内泄漏和外泄漏。内浮环压差、间隙都比外浮环小，故内泄漏少于外泄漏 2000～3000 mL/h。流经气体介质侧形成油气混合物，将其引入油气分离器分离，再经脱气槽脱出腐蚀性气体，剩下的密封油流回油箱。流经大气侧的密封油不与工艺介质接触，可以通过回油管直接返回油箱，浮环密封产生的热量也主要靠这部分回油带走。浮环密封的内外环之间装有弹簧，它使浮环端面与浮环座压盖端面接触紧密，防止机组在启动或停车过程中，密封油从浮环端面泄漏。

2.失效原因分析

图1 浮环密封示意图

（1）密封油窜入轴承箱污染润滑油。催化装置富气压缩机浮环密封，在二段入口气封到一段入口处之间增设了一平衡管，在二段入口处设置一兼做二段入口和平衡管气封的特殊结构的气封，使压缩机两端介质压力基本相同，密封气从两端梳齿气封上部注入，经过梳齿后的密封气压力称为参考气压力。平衡管压力作为密封气压力的控制依据，参考气压力作为密封油压力的控制依据。密封油与密封气的压差控制是通过控制高位油罐液位间接地控制高位油罐的微压差，油气压差控制值为（0.05±0.002）MPa，密封油压力控制值为0.2～0.25 MPa，密封油压力比密封气压力高0.05 MPa。油气压差太小，密封气则会冲破油膜进入浮环座和轴承箱，造成密封油和润滑油污染，另外，浮环密封油膜被破坏后，还会造成浮环与轴摩擦，巴氏合金融化，发生抱轴事故。油气压差太大，则内、外回油量剧增。内回油剧增，则会有部分密封油窜入机内，这部分密封油流回油箱又污染了整个封油系统。外回油剧增，则回油腔充满，密封油就会窜入润滑油中污染润滑油。

（2）密封气质量。压缩机密封气来自吸收稳定的干气，干气中的硫化氢等酸性气体会腐蚀浮环密封零部件，腐蚀脱落的金属颗粒随密封油进入浮环与轴的间隙，划伤浮环和轴。长时间的腐蚀还会使浮环失去浮动性，与轴摩擦而停机。

（3）浮环与轴偏磨，间隙变大。原因包括浮环端面、浮环座端面、压盖端面接触面达不到100%，严密性降低；内外浮环之间的弹簧弹力不一致，高度不同；组装过程中清洁不好，各密封表面、轴表面有浮尘、锈斑；各密封面被撞击或划伤；内浮环与轴的间隙超出0.06～0.09 mm范围，外浮环与轴的间隙超出0.23～0.26 mm范围，浮环座与轴的垂直度，浮环座内圆与轴的同心度超差等。

二、密封改进

由于浮环密封内泄漏较大，回收处理内泄漏油的设备复杂，包括油气分离器、脱气槽等控制系统。浮环密封的油气压差很小，控制系统复杂。在离心压缩机故障原因中，油封和润滑油系统的故障占55%～65%。密封油系统能耗与维护费用高，操作不便。

1.双端面干气密封

图2 干气密封示意图

图3 动环单向双列螺旋槽

（1）结构和原理。TM02A型干式气体密封为螺旋槽端面密封结构，由静环、动环组件（旋转环）、副密封O形圈、精密封、弹簧和弹簧座（腔体）等组成,见图2。弹簧在密封无负荷状态下使静环与固定在轴上的动环组件配合。密封改进时，动环采用单向双列螺旋槽,见图3。随着动环的转动，密封气被送到螺旋槽的根部，根部以外的一段无槽区称为密封坝。密封坝对气体流动产生阻力作用，增加气体膜压力。该密封坝的内侧还有一系列的反向螺旋槽，起着反向泵送改善配合表面压力分布的作用，从而加大开启静环与动环组件的能力。反向螺旋槽的内侧还有一段密封坝，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保持3 μm左右的间隙。当由气体静压力和弹簧力产生的合力等于气体膜压力时，便建立了稳定的平衡间隙。密封气压力始终比富气压力高0.2～0.3 MPa，这样密封气泄漏的方向总是朝着富气和大气，从而保证富气不会向大气泄漏。干气密封要取得优良的性能，在保持间隙稳定的同时，又希望间隙很小且密封面不会发生接触，即使是因各种原因发生轴向位移时，也要能够保持理想间隙。干气密封是通过开启力和闭合力之间的动力平衡来实现这一功能的。

（2）控制系统。过滤后的密封气（氮气），一部分经节流孔板进入缓冲气腔，这部分缓冲气经迷宫后全部进入压缩机内，阻止了机内富气向外扩散，避免污染密封端面，影响密封正常运行；另一部分经流量计后进入主密封腔，全部经端面形成气膜，对端面起润滑和冷却作用，向内侧泄漏的主密封气和缓冲气混合进入机内，向外侧泄漏的主密封气和隔离气混合放空；第三部分经孔板限流后进入隔离气腔，其中一部分隔离气经轴承箱放空，用来阻止润滑油进入干气密封，另一部分与向外侧泄漏的主密封气混合放空。双端面干气密封正常运行的主要条件是确保主密封腔与缓冲气腔压差＞0.2 MPa，当压差＜0.03 MPa时，应准备停车。

（3）性能特点。非接触端面，寿命长，气膜厚度和刚度更大，可靠性更高；极限速度高，最大达150～180 m/s，适应各种工况；干气密封消耗的功率仅为浮环密封的5%,节能降耗；密封系统总投资比浮环密封低，重量轻，占地面积小；消除了密封油污染润滑油的可能性；控制系统比浮环密封简单，运行和维护费用低。

2.双端面干气密封使用中的注意事项

（1）双端面干气密封零部件表面加工精度高，因此要求密封气必须清洁，允许杂质最大颗粒尺寸为5 μm，同时要防止密封面带油或其他液体，单向双列的双端面干气密封要严禁倒转，否则干气密封将失效甚至损坏。

（2）机组开机时，尽量加大与低速暖机目标转速的启动速率，使双端面干气密封在机组启动时能够迅速脱开，减少启动时的磨损，这将提高干气密封的使用寿命。

（3）密封气流量的稳定是双端面干气密封运行良好的标志，如出现密封气流量渐渐增大，说明干气密封的零部件出现了问题，应尽快解决。

（4）密封盒需定期检修，定期更换O形圈。

三、改进效果

改进后的2MCL456-37型富气压缩机密封，因浮环密封及其封油系统失效所造成的损失减少，取消了密封油站和控制系统，消除了由此而引起的故障，机组运行可靠性提高。