2MCL457富气压缩机的轴端密封改造

2MCL457富气压缩机的轴端密封改造

程亮

（中国石油化工股份有限公司天津分公司炼油部，天津  滨海新区  300271）

摘要：富气压缩机是石油催化裂化工艺中的关键机组，而其轴端密封又是保证机组正常运行的关键部件，本文通过2MCL457富气压缩机的轴端密封改造工作，分析了原浮环密封失效的原因，论述了干气密封的基本原理和结构，以及将原浮环密封改造为双端面干气密封的具体步骤和效果。

关键词：富气压缩机；轴端密封；浮环密封；双端面干气密封

1 前言

2MCL457富气压缩机为沈阳鼓风机厂生产的离心式压缩机，主要功用是将分馏塔顶的油气经冷却和分离后的催化富气吸入，使之增压后以便进入吸收解吸塔来吸收重组分、气提轻组分。催化富气是一种组分复杂且脏的介质，极易污染密封。原轴端密封采用浮环密封，自投料生产以来，就因密封系统的故障而停机抢修影响生产。原机组轴承油和密封油分别用两个油箱，更换受污染油费用很高，脱气槽放空处的污染也大且原浮环密封的系统投资较高，日常维护费用大，检修周期短，不能适应节能降耗要求。随着密封技术的进步和新密封形式的不断推广应用，公司决定将原浮环密封改造为双端面干气密封，改造后一次开车成功，干气密封运行效果良好，经济效益显著。

2 压缩机原轴封简介及存在的问题

改造前该机组有独自的密封油系统。轴端密封采用浮环密封，它主要由外浮环和内浮环组成（图1）。靠介质气侧浮环为内浮环，靠大气侧浮环为外浮环。因浮环外圆装有防止其转动的销子，使得浮环只能在轴上浮动。这种浮动能够补偿转子相对压缩机壳体径向的不同心和振动。浮环密封中内、外浮环的各一个端面用弹簧压紧在浮环座的侧面上，以防止密封油由此面漏出。在内外浮环之间引入压力高于参考气压力0.05±0.01MPa的密封油，在轴与内浮环间形成压力油膜，防止气体外漏。同时，密封油在径向间隙流动中会产生静压动力作用力，从而使浮环相对于轴起到自定心的作用。

浮环密封的内外浮环通过小间隙节流分别限制内、外泄漏量，是一种液体节流式的非接触密封。由于内侧回油与介质气相接触，易被污染，故内浮环间隙比外浮环小些，以减小内回油量。同时在内泄漏的前端气封处注入高于被密封气压力0.05±0.01MPa的密封气，防止密封油被介质气污染。密封气为氮气或经过脱硫的干气。

另外，原轴封在运行过程中存在一些问题，如下表1。

表1. 原轴封存在问题情况表

3 干气密封结构、基本原理及特点

改造采用的密封型式是单向双列螺旋槽双端面干气密封[1]，这种密封是一种流体动、静压结合型的非接触式端面密封，与一般高速机械密封的根本区别是在非补偿环的两个侧端面上都开有两列特殊的流体动压槽。

密封环随轴旋转从而使螺旋槽对密封气体产生泵汲作用。密封气体沿切向进入螺旋槽，压缩气体，压力上升产生开启力打开摩擦副。当开启力大于弹簧与介质形成的闭合力，密封面则被分离。当开启力与闭合力平衡时，密封面之间形成具有一定厚度和刚度的气膜，从而起到密封和润滑的作用。该气膜还具有较强的抵御外界干扰的能力，同时兼具寿命长、可靠性高、功耗低等优点，所以是本次改造的首先方案[2]。

4 双端面干气密封具体实施

4.1 基本要求

此次2MCL457型压缩机轴端密封改造，是对原有的密封进行改造，要解决原密封检修周期短、维护任务重及日常操作复杂等问题，但要求新密封要与原密封能完全互换，这就要求新密封的外形尺寸与原来一致，这样才能在更换密封时无须对机壳和转子进行重新加工。

4.2 方案的选择

因压缩机介质气为催化富气，是危险有毒的气体，并且富气的组分复杂而且较脏，极易对密封造成污染，导致密封的损坏和失效，所以在设计上选用了允许少量惰性气体进入机内但不允许机内工艺气进入环境的双端面干气密封，这种密封用氮气做主密封气，有少量氮气进入机内，不会对工艺流程造成影响。

4.3 具体实施

压缩机原采用浮环密封，在转子的密封部位热镶装了一个轴套，而改用干气密封后，需提高安装密封部位的精度，因此将压缩机的转子送至机加工车间，车去了原轴套，将转子此部位进行磨削后重新镶装轴套并按照应有的尺寸重新精车并磨削此部位轴套的外圆和定位轴肩，以保证安装干气密封所需的精度。

此次改造因改为干气密封，所以不再使用原来浮环密封所用的密封油控制系统，而增加了一套干气密封的控制系统，原系统废弃不用。新系统占地小，比以前的系统操作简便了很多，只要正常开机后，平时基本就不需要再对控制系统作任何调整，减轻了操作强度。新系统采用清洁的氮气作为密封气，也不再有对周围环境的污染。

在压缩机的壳体上，原浮环密封每端有隔离气、放空、密封进油、参考气、干气进口、内回油和外回油共五个管口，而双端面干气密封需要隔离气、室外放空、主密封进气、缓冲气共四个管口。此次改造中将原隔离气口还做隔离气进口，原放空口还做放空口，原密封进油口改做主密封进气口，原参考气引出口改做缓冲气进气口即前置密封氮气入口，将原来两端的干气进气口连接起来做为二次平衡管，以增强转子的平衡效果和使两端的密封条件更接近，原内回油孔盲死不再使用，因考虑原机组的轴承回油腔不大，万一出现回油不畅的情况，轴承油可能浸过密封的隔离迷宫处进入密封，但当进入的油不多时会先积存在机壳的放空腔内而不会马上进到密封端面，而外回油孔就在此腔，故此次在原外回油管线上加了一个排液阀，可定期打开以观察是否有油并使之及时排出，从而保证密封正常运行。

5 使用中需要注意的问题

（1）要防止运转过程中氮气中断。因为氮气中断会导致摩擦副干磨，在很短时间内就会将密封烧坏，所以要确保气源的稳定。

（2）要防止机组倒转。螺旋槽的设计是有方向性的。气体只有沿设计方向进入螺旋槽，才能产生开启力，使动静环脱离接触。如果机组倒转，则会导致动静环直接接触发生干摩擦，产生大量的热，很快就会把密封烧坏。这种情况在机组突然停车而机组出口阀又未及时关上时极易出现。所以在操作上如果遇到机组突然停车的情况，要及时打开反飞动阀降背压，同时要迅速关掉机组出口阀，防止机组倒转。

（3）应定期打开密封的排液阀观察是否有轴承油进入密封，若有油可适当调低轴承油压力。

（4）除了有压差检测的氮气过滤器，还要定期检查控制盘上的仪表风过滤器，以便需要时能及时切换。

6 改造后机组的运行情况及效果

（1）改造后，机组一次试车成功后，运转至今情况良好，润滑油油箱液位几乎保持不变，而且油质稳定，解决了原来密封油污染工艺介质和轴承油被污染等问题，同时原浮环密封的辅助设备，包括油系统及相应的电气设备、自控仪表、油过滤器、冷却器、油气分离器、脱气槽、油箱及高位油罐等都停止了使用，减轻了操作和维护的强度。

（2）因取消了密封油系统，省却了每年密封油的使用费用。密封油冷却器停用，节省了冷却器用水和用电。改造后，脱气槽取消，不再需要蒸汽加热。密封油箱加热蒸汽也不再使用。

（3）改造前密封油系统脱气槽顶直接放空排入大气，对环境造成污染，而干气密封则不会对大气产生污染。

参考文献

[1]胡国桢等.化工密封技术[M].北京:化学工业出版社,1990.9

[2] 王玉明等.透平机械密封装置[J].通用机械,2003,7:67-68.