摘　要 ：介紹串聯(lián)式干氣密封結構及工作原理，分析造成低壓缸干氣密封一級泄漏氣流量增大的原因及解決方法。

1 概述

中海石油華鶴煤化有限公司“3052”裝置生產(chǎn)規模為年產(chǎn)30萬(wàn) t 液氨、52萬(wàn) t 大顆粒尿素。自 2015年 6月投產(chǎn)至2018年7月，合成蒸汽流量計低壓缸干氣密封一級泄漏氣流量有持續走高的趨勢并逐漸接近報警值，已威脅機組的平穩運行和公司的穩定生產(chǎn)。因此探究干氣密封的使用規律、采取正確的維護手段顯得尤為重要。

2 合成蒸汽流量計組工藝流程介紹

合成蒸汽流量計主體由透平汽輪機、壓縮機低壓缸、壓縮機高壓缸三部分組成，均由日本三菱公司生產(chǎn)制造，壓縮機低壓缸將液氮洗單元送來(lái)的新鮮合成氣進(jìn)行壓縮。壓縮后的新鮮合成氣，在高壓缸與合成單元返回的循環(huán)合成氣混合壓縮至14.25MPa、56.9℃，以294 393m 3 /h 的流量送合成單元進(jìn)行合成氨反應。合成蒸汽流量計驅動(dòng)裝置汽輪機的抽汽系統，為蒸汽管網(wǎng)提供4.3MPa、437℃、50.4t/h 的過(guò)熱中壓蒸汽。排汽由表冷器冷凝后形成合格的蒸汽冷凝液，經(jīng)加壓送往水處理單元回收再利用。

3 合成蒸汽流量計組干氣密封工作原理介紹

合成蒸汽流量計軸端密封使用的是由約翰克蘭（JOHNCRANE）公司生產(chǎn)的串聯(lián)式螺旋槽干氣密封。螺旋槽干氣密封的結構如圖1所示。

在密封面上加工有一定數量的螺旋槽，其深度一般為3μm。隨著(zhù)動(dòng)環(huán)組件的旋轉，螺旋槽里的氣體被剪切，從外緣流向中心（即低壓側），而密封堰對氣體的流出有抑制作用，限制氣體流向低壓側，使得氣體流動(dòng)受阻，氣體壓力升高，這一升高的壓力將撓性安裝的靜環(huán)與配對動(dòng)環(huán)分開(kāi) ；當氣體壓力與彈簧恢復力平衡后，維持一個(gè)#小的間隙。氣體隨著(zhù)螺旋槽截面形狀的變化被壓縮，在槽根部形成局部的高壓區，使端面分開(kāi)形成一定厚度的氣膜，使得在一般動(dòng)力運行條件下端面能保持分離、因此不易磨損。閉合力 F C 是氣體壓力和彈簧力的總和。開(kāi)啟力 F O 是端面間的壓力分布對端面面積積分而形成的。在正常的平衡條件下閉合力 F C = 開(kāi)啟力 F O ，運行間隙約為3μm ；如果由于某種干擾使密封間隙變小，則端面間壓力就會(huì )升高這時(shí)開(kāi)啟力 F O > 閉合力 F C ，端面間隙自動(dòng)加大直到平衡為止。如果某種干擾使密封間隙增大，則端面間壓力就會(huì )降低這時(shí)閉合力 F C > 開(kāi)啟力 F O ，端面間隙會(huì )自動(dòng)減小直到新的平衡為止，見(jiàn)圖2~ 圖4。 [1]

4 干氣密封流程介紹（以低壓缸為例）

4.1 一級密封氣流程

正常運行時(shí)機組高壓缸出口氣（開(kāi)車(chē)前用高壓氮氣、停車(chē)用增壓泵氣）經(jīng)過(guò)濾器 F1和 F2（過(guò)濾精度1μm），再經(jīng)氣動(dòng)薄膜調節閥PDCV04419將壓力穩定在高于平衡管壓力0.1MPa，然后經(jīng)流量計 FI04405、FI04406下游的節流閥將流量控制在164m 3 /h 分別進(jìn)入低壓缸低壓端的一級密封腔和低壓缸高壓端的一級密封腔，一級密封氣絕大部分經(jīng)機組迷宮密封返回到機內，阻止機內氣體外漏污染密封，少量氣體經(jīng)過(guò)密封端面泄漏至一級密封排氣腔。

4.2 二級密封氣流程

0.45MPa 氮氣經(jīng)過(guò)濾器 F4和 F5（過(guò)濾精度1μm）后分為四路，其中兩路作為二級密封氣源分別經(jīng)流量計 FI04482、FI04483進(jìn)入二級密封腔 ；大部分二級密封氣經(jīng)中間迷宮后與一級密封泄漏氣混合后放火炬，少量經(jīng)二級密封端面泄漏后安全放空。

4.3 隔離氣流程

0.45MPa 氮氣經(jīng)過(guò)濾器 F4和 F5過(guò)濾后再經(jīng)自勵式調節閥將壓力穩定在0.15MPa 的另外兩路經(jīng)音速孔板分別進(jìn)入低壓缸低壓端的隔離氣室和低壓缸高壓端的隔離氣室，一部分經(jīng)后置迷宮的前端后與二級密封端面泄漏氣體混合，引至安全地點(diǎn)放空 ；另一部分經(jīng)后置迷宮的后端，通過(guò)軸承回油放空口就地放空，此部分氣體是為了阻止潤滑油污染密封端面。

4.4 放火炬氣流程

一級密封泄漏氣與大部分二級密封氣混合經(jīng)流量計FI04407、FI04408 后 放 火 炬。 當 一 級 密 封 損 壞 時(shí) 流 量 計FI04407、FI04408數值增加。當二級密封損壞時(shí)，流量計FI04407、FI04408數值減少（見(jiàn)表1）。

5 干氣密封運行存在問(wèn)題及處理措施

合成蒸汽流量計低壓缸干氣密封一級泄漏氣流量自2015年4月原始開(kāi)車(chē)至2018年6月有持續走高的趨勢，如果不及時(shí)采取措施任憑其繼續增加會(huì )給機組運行帶來(lái)隱患，嚴重時(shí)會(huì )發(fā)生聯(lián)鎖跳車(chē)事故。

公司決定利用2018年7月大修機會(huì )檢查壓縮機低壓缸的低壓端和高壓端的干氣密封內部情況。機組停車(chē)后降溫合格、停盤(pán)車(chē)、停油路系統，維修人員打開(kāi)軸端密封大蓋后，抽出干氣密封組件發(fā)現一級密封氣部位有大量黑色碳粉（見(jiàn)圖4）。

6 干氣密封使用中造成密封積碳、失效的原因

在壓縮機開(kāi)機前，必須將一次密封氣、二次密封氣、隔離氣投用，并控制好密封氣壓差和供氣流量，才能確保機組沖轉后有充足的干氣密封氣源，使動(dòng)環(huán)旋轉后形成足夠剛度的氣膜，防止動(dòng)、靜環(huán)干摩擦燒毀密封面。由于干氣密封是以動(dòng)壓力迫使密封面脫離接觸，而低速旋轉產(chǎn)生的動(dòng)壓力卻不能使密封面分離，所以機組要確定達到能使密封面分離所需動(dòng)壓力的轉速以上。頻繁的開(kāi)停車(chē)必然要經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的極低盤(pán)車(chē)（25r/min）和低速暖機（l 000r/min）。據統計合成氣機組自2015年6月至2018年7月運行期間，已經(jīng)開(kāi)停車(chē)已接近30次，每次開(kāi)車(chē)前的主蒸汽管線(xiàn)暖管需要進(jìn)行1.5h、停車(chē)后透平缸體溫度降至50℃需要進(jìn)行盤(pán)車(chē)8.5h、低速暖機需要2h，累積時(shí)間達到360h以上，在以上工況期間轉子都處于低速旋轉狀態(tài)，可見(jiàn)動(dòng)環(huán)與靜環(huán)長(cháng)時(shí)間處于干摩擦狀態(tài)，由此找到了密封失效原因。

經(jīng)過(guò)以上分析可以得出，碳粉的形成就是干氣密封的動(dòng)環(huán)與靜環(huán)磨損造成的。由于動(dòng)環(huán)材質(zhì)是硬質(zhì)合金碳化鎢、靜環(huán)材質(zhì)是碳化硅，動(dòng)環(huán)硬度大于靜環(huán)硬度，靜環(huán)被磨損產(chǎn)生碳粉，碳粉遇液體或者氣體中重組分物質(zhì)黏結在靜環(huán)的 O 型圈上，阻礙靜環(huán)的運動(dòng)造成卡澀，進(jìn)而造成低壓缸干氣密封一級泄漏氣流量自原始開(kāi)車(chē)以來(lái)持續上升。此現象印證了當一級密封損壞時(shí)流量計 FI04407、FI04408數值增加這一說(shuō)法。

7 解決方法及效果

既然開(kāi)停車(chē)次數過(guò)于頻繁是導致干氣密封失效的主要原因，我們無(wú)法干預外界因素，但是作為操作人員應該從減少低速盤(pán)車(chē)時(shí)間和低速暖機的時(shí)間著(zhù)手去解決問(wèn)題。既要縮短開(kāi)車(chē)前主蒸汽管線(xiàn)暖管時(shí)間又要保證暖管質(zhì)量，打開(kāi)全部就地導淋和消音器放空閥、微開(kāi)主蒸汽副線(xiàn)閥進(jìn)行暖管在控制升溫升壓速率不超標情況下盡早打開(kāi)主蒸汽大閥進(jìn)行暖管。

如果機組處于極冷態(tài)啟機低速暖機時(shí)間可以控制在1.5h以?xún)?；如果機組處于冷態(tài)啟機低速暖機時(shí)間可以控制在1h 以?xún)�。如果機組處于熱態(tài)啟機低速暖機時(shí)間可以控制在0.5h以?xún)取?/div>