循环气压缩机密封泄漏分析与改进

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丁二烯装置(20-K-301)循环气压缩机，英国HOWDEN压缩机有限公司制造，型号 HS204/16536单级、无油、双螺杆压缩机，输送介质为 C4烃和 NMP溶剂，允许带有少量液体。主要任务是将常压操作的 2O-C-301溶剂脱气塔脱出的丁二烯烃类升压到 0.43MPa后，送到 2O-C-202精馏塔 ，起到回收溶剂中丁二烯的作用。机组运行以来，-直存在密封泄漏问题 ，甚至由于封油泄漏严重机组被迫停机。2005年增加氮气隔离系统后，仍不能达到原设计要求，至201 1年装置检修前，每天漏油29L。

二、压缩机简介压缩机转速阴转子 6267dmin、阳转子 9400r/min；密封油介质 ，HM32号抗磨液压油；流量 3210m3/h；入口压力 0.06 MPa，出口压力 0.43MPa，入口温度 45℃，出口温度 105oC。

1.密封系统密封系统工艺流程如图 1所示，机械密封与阜密封组合 结构如图2所示。在转子的入口和出口配有轴密封，保证壳体中 图1 压缩机密封系统示意图图 1 改造前的单线润滑系统单线智能润滑系统已经使用了3年，多次更换电磁给油器、容积式流量传感器及电路板，维修过于频繁且系统工作不可靠，处于闲置状态。主要原因是系统所在环境有大量灰尘(其中含有铁粉焦粉等成分)，铁粉焦粉导电，附集在控制器和电磁分油箱内的电路板上时，会造成电路板短路、毁坏，导致系统瘫痪。

二、改造方案探讨了几种方案 ，从所用材料 、成本等考虑，改造成双线智l蟊 设置管理与维修2013№5能润滑系统较优，利用原有部分部件再添加-部分设备，如 ：主油管路，干油分配器，压差开关等，可最大化使用现有资源。原有泵和主油管路可以继续使用。改造和维修成本均较低，最重要的是双线智能集中润滑系统能在多粉尘的环境下正常工作，使用周期长，维修也很方便。

三、方案实施(1)准备好所需要的备件如 PLC控制器 ，内径 28mm的无缝钢管 200m，内径 28mm的直角接头，200m电缆线 ，压差开关1个，干油分配器 6个，电动换向阀 1台。

(2)建设该系统需要电焊工，钳工电工相互配合，沿着原来的主管油路，再铺设-条主管油路，并用内径 28ram的管卡子固定主管油路 ，分油管路采用内径 8mm软管(3m长 )连接上干油分配器，分配器出油端用长 5m内径 8mm的软管，直接连接到设备的润滑点上。压差开关接在最远端润滑点所连接分配器之前的位置。

(3)当主油管路安装好以后，分油管暂时不接分配器，先将管道内铁屑排干净后，再接好分油管路、干油分配器以及连接的设备润滑点。

(4)测试该润滑系统是否有漏油之处，并测试压差开关换向.j遵 鳖的气体不外漏而得到压缩，每端轴密封由阜密封、机械密封和氮气密封组成。阜密封(各三个碳石墨阜)和机械密封与转子轴之间保持很袖隙，机械密封端面有微量润滑油润滑；在阴阳转子的第-、二级阜之间注入氮气，对工艺气体起到隔离作用，防止介质进入阜密封和机械密封。氮气、泄漏的介质、润滑油通过管线排到两个油气分离罐，经过分离，气体返回压缩机入口，润滑油和少量溶剂排到污油罐。

阜密封位于介质和机械密封之间，阜密封通过阜与轴之间的袖隙来达到节流降压的效果，阻止介质泄漏至机械密封部位。提高阜密封的密封能力 ，对机械密封能够起到很好的保护作用。

机械密封为单端面、多弹簧、静止接触式平衡型结构。该类型机械密封原设计泄漏量每天 7.5L，随着工况参数 (压力 、振动、温度等)的增加有显著增加的趋势。

2.密封系统检修情况机械密封动静环端面之间、端面外缘处 、静环空隙间有很多黑褐色结焦物。阜密封之间、阜内圆面、阜与阜座之间有大量黑褐色结焦物。转子表面附着有少量聚合物，阜密封处的转子轴颈磨损约 0.2mm。

三、密封系统泄漏原因分析1.介质中含有丁二烯聚合物检修中看到的黑褐色结焦物为丁二烯聚合物。压缩机输送介质为 C4烃和 NMP溶剂，主要组成部分为丁二烯和 NMP溶剂 ，丁二烯在工艺系统中会发生自聚反应形成丁二烯聚合物，附着在转子、阜密封系统与机械密封系统，而该聚合物又是丁二烯发生自聚反应的催化剂，会加速丁二烯的自聚。随着转子上聚合物的增加，转子振动增大。机泵振动大，对该类机械密封的可靠性有很大影响，其影响程度撒于振动的程度。振动加剧，机械密封和阜无法保持良好对中，密封效果不稳定 ，使用寿命缩短。

2.聚合物聚集在转子和阜上聚合物聚集在转子和阜上，使阜浮动不自如，甚至阜随着转子转动，阜与转子之间发生摩擦磨损，使转子与阜间隙增大，节流降压效果变差，使大量介质进入后续的机械密封系统，降低密封效果。

3.聚合物聚集在动静环表面聚合物聚集在动静环表面，使动静环发生摩擦磨损，同时聚合物的存在使机械密封产生的杂质、热量不易带走，摩擦副端面温度升高，降低端面问流体膜的刚度，无法形成有效的端面流体膜，降低密封效果。

4.阜与轴颈间隙过大阜密封利用阜与转子间的袖隙进行节流降压，阻止介质泄漏至机械密封部位。阜与轴颈间隙过大，节流降压效果变差，密封部位压力上升，大量介质进入机械密封部位 ，增加丁二烯在机械密封系统中产生自聚的可能性 ，使密封效果变差。

5.密封设计缺陷原阜密封设计流体动压效应差 ，容易使聚合物聚集附着在阜和轴颈之间，造成阜的浮动性降低，加速阜与轴的摩擦磨损，增大泄漏量，使大量介质泄漏至机械密封部位。

原机械密封为单端面、多弹簧 、静止接触式平衡型机封结构，其工作原理决定了必然存在-定的泄漏，而丁二烯聚合物的存在，造成动静环密封端面间无法形成有效的流体膜，从而造成动静环端面发生摩擦磨损，使泄漏量变大，并且当振动增大时，也会降低密封效果，使密封系统的可靠性和使用寿命大大降低。

四、改进措施1.改变溶剂冲洗线的工艺流程原溶剂冲洗线来源于溶剂系统，系统中含有少量的丁二烯聚合物，而且随着溶剂系统的运行状况的改变，聚合物的多少也会发生变化。溶剂再生系统再生后的溶剂含有的丁二烯聚合物润滑泵图 2 改造后的双线润滑系统时系统压力有多大，最末端出油口是否出油，通常压差开关动作换向时系统压力为30MPa，设定好润滑周期、次数，确保系统正常运行。

四、改后效果改造后的双线润滑系统，润滑泵向主油管路 1提供压力油，主油管路 1的压力上升，双线分配器-侧出油口向润滑点供油，i闯主费与 鼓蠡当主油管路 1和主油管路 2的压力差达到 10MPa时压差开关动作，电动换向阀换向，主管路 1卸荷；润滑泵向主管路 2供油，主管路 2的压力上升 ，双线分配器另-侧出油口向润滑点供油，当主管路2和主管路 1的压差达到 10MPa时压差开关动作，电动换向阀换向，主管路2卸荷完成-个工作周期。

双线智能润滑系统出油量可以根据需要连续调节。系统监测比较方便 ，并且适合恶劣环境尤其是大量铁粉尘、灰尘的环境，可以根据需要增加或减少润滑点数量，某-点堵塞不影响整个系统的工作。系统改造后技术人员将加油周期设定为 500min，换向时间3min，换向次数两次，完全满足设备润滑要求。

对于安钢 2号槽下传动房润滑系统 ，如果全部改造需要 10万元，实施优化方案只需要4.5万元，成本降5.5万元。系统改造后 ，经运行每年可节省费用 4万元 ，设备轴承故障率和工人劳动强度均大幅降低。 W1 3.05-29作者通联：安钢炼铁厂 河南安阳市安钢二生活区7号楼32号 455004E-mail：1wxian2008###163.com[编辑 利 文]il/Ettliltl 2013№5固串联密封在外冲洗中的应用张 巍摘要 常减压装置减底泵输送的是温度(350～400C)的介质、油品黏度大、有杂质，密封运转环境恶劣。采用蜡油对密封外冲洗的措施，以提高密封使用周期，但渣油外卖时，含蜡油太高。采用串联密封，使冲洗蜡油得以循环利用。

关键词 串联式波纹管机械密封 外冲洗 减底泵中图分类号 TH136 文献标识码 B1.普通外冲洗(1)500C蒸馏生产工艺不合理。馏出物多少受原料性质及加工工艺影响，在正常情况下减压蒸馏过程在 375oC升温至500C还会有馏出物产生，石化行业要求馏出指标应<10%。因此，该指标在生产工艺方面只能得到-定改善，不能完全消除。

(2)机械密封冲洗液注入量控制。型号 150AYⅢ 150x2B的减底泵为双支点离心泵，-开·备，质量流量 100t/h，介质温度350C，高、低压端均使用单端面波纹管机械密封，采用注入式冲洗，冲洗液为重柴。重柴是装置蒸馏出的馏分 ，在此处又重新注入减压渣油中，因此，该冲洗液的注入增加了减压渣油在500C下的馏出物。实际使用时，备用泵的两个密封腔压力为负压，运行泵高压端密封腔压力0.3MPa，低压端密封腔压力为负压，冲洗液注入压力高达 1MPa。在此条件下，两台减底泵共四个注入点，合计注入冲洗液约 10.6t/h。减压渣油冲洗液含量为 10.6%，即此因素使 500C下馏出物增加了 10.6%，冲洗液注入量没有得到有效控制，导致冲洗液注入介质过量，是引起500c馏出物指标不合格的主要原因。

2.改善措施(1)控制冲洗压力。按有关资料，泵用机械密封工作压力在2MPa以下且压力变化不大而又较准确的情况下，冲洗液比密封腔内的压力高 0.05～0.2MPa。因此，应关闭备用泵冲洗液 ，确保运行泵冲洗液压力高于密封腔压力。由于实际操作波动，该指标很难准确控制 ，因此选择冲洗液压力高于密封腔压力 0.2MPa。

(2)控制冲洗量。机械密封轴径90mm时，冲洗液用量在非常少，经过溶剂泵引入溶剂冲洗线，这样就减少了丁二烯聚合物进入压缩机的数量，从而减少聚合物对密封系统的影响。

2.更换转子阜密封处的转子轴颈约有 0.2mm磨损 ，间隙偏大 ，而且停车前转子的垂直方向振动值，经常在报警值以上，最高达到7mm，s(报警值为6mm/s)，这对密封效果有-定的影响。更换备用转子后 ，阜与转 自之间的间隙达到配合要求，振动值也在4mm/s左右，机组运行平稳。

3.使用流体动压碳石墨阜密封将原阜密封改为新型流体动压碳石墨阜密封。阜外形图如图 2所示 ，主要特点是在阜内圆柱密封面上开设出-列流体动压槽，这些流槽能起流体动力润滑作用，并达到密封效果防止泄漏。

(1)借助流体动压效应，提高碳石墨阜的浮动性(或对中性)，使阜与轴保持非接触状态，减少阜与轴的摩擦磨损，同时减少聚合物在阜与轴之间的聚集，相应延长阜和轴的使用寿命。

(2)流体动压槽具有反向泵送 作用 ，- 方 面可减少NMP经排 出孑L的泄漏量，减少溶剂损失；另-方面可有效 图2 流体动压碳石墨阜固 设置管理与维值2013№5阻止介质侵入机械密封内径侧，减缓机械密封系统中丁二烯 自聚的趋势；第三可减少气相丁二烯经平衡管的内漏量，提高压缩机的效率，降低分离系统的负荷。

4.使用新型压缩机油膜单端面非接触式机械密封将原机械密封改为新型压缩机油膜单端面非接触式机械密封，主要特点是在密封旋转动环端面开设独特的交叉槽型”流体动压槽(图3)。新型流体动压螺旋槽由外径侧的吸油槽(靠近密封端面外侧的短槽)和内径侧的上游泵送槽(靠近密封端面内侧的长槽)组成。-方面吸油槽即短槽可将封油有效导入密封端面，保证端面流体膜存在，另-方面上游泵送槽即长槽可将吸入的油泵送回去，从而保证封油不会泄漏。另外，长槽和短槽配合使用，使二者结合处油压增高，确遍质不会反窜到封油系统。两组槽的组合使用，保证在密封端面的流体膜形成微循环，增加流体膜刚度，增加流体膜抗干扰能力；此外，流体动压效应还可有效防止聚合物在密封端面聚积，具有自清洁功能，因此该流体动压槽形成的全液膜，使两密封端面始终保持非接触稳定状态，端面之间不存在直接的固体图3 动环端面流体动压槽示意图8lJmin以上比较合适。现有泵有两个冲洗点 ，其用量应超过960IJh。当装置所有运行泵冲洗液达到要求，所有备用泵停用冲洗液后，冲洗液总消耗量9t/h，共九个注入点，平均计算，减底泵两个注入点合计注入冲洗液约2t/h，此值高于理论控制量。根据现场实际使用经验，在冲洗量较小的情况下，机械密封使用寿命缩短，使用效果明显变差，即冲洗液注入量 2t/h是必需的，因此，冲洗液注入使500C下的馏出指标仍会增加 2%。为彻底消除冲洗液的影响，需采取其他技术措施才能进-步降低机械密封冲洗液用量。

3应用串联式波纹管机械密封采用串联式波纹管机械密封，可避免冲洗液进入机泵内部，也就彻底消除了冲洗液对 500oC下馏出指标的影响。

(1)串联式波纹管机械密封特点串联式机械密封由两套机械密封前、后布置组合在-起 ，中间采用冲洗液循环。当中间冲洗液压力超过介质压力时就起到了双端面机械密封的作用 ，前置密封主要起防止介质侵人冲洗液的作用，当机械密封损坏时就会发生内、外漏等情况。采用波纹管做弹性元件，可以提高密封对高温的适应能力。

(2)串联式波纹管机械密封结构见图 1。冲洗液 自人口注入机械密封内部，自出口返回冲洗液罐冷却后循环利用，不进入被输送介质。这样，就可以彻底避免原单端面机械密封用冲洗液进入机泵密封腔，对被输送介质产生影响∝制冲洗液压力高于密封腔压力，避免前置机械密封泄漏后输送介质进入冲洗液，污染冲洗液并影响机械密封使用寿命。

4.应用效果在-台减底泵上使用了克炉团有限公司生产的DBM65轴套 0形圈 静环 I 泵送环 弹簧 动环Ⅱ 静环Ⅱ 泵轴图 1 串联式波纹管机械密封串联式波纹管机械密封，利用原冲洗液，增加了-条返回冲洗罐的管线，使冲洗液可以循环利用∝制冲洗液 比密封腔内的压力至少高0.2MPa，同时加大冲洗液用量，确保冲洗液温升不致太高，实际运行中，冲洗液进口温度为60C，出口温度可以控制在80C左右，密封效果好 ，同时取消了机械密封用的冷却水，机械密封使用寿命提高。

改造后由于冲洗液不进入介质，现在 500C下馏出指标已经控制在 6%，完全消除了冲洗液对 500%馏出物指标的影响，并且彻底避免了2t/h高品质冲洗液进入低品质油品中的现象。按照每年运行 8000h计算，年经济效益 240万元。 W1 3.05-31作者通联：山东石大科技集团能源巷-号机修车间 山东东营市 257061E-mail：wayne748###163.eom [编辑 利 丈]摩擦磨损，即使在机组振动较大，介质比较脏的工况下，机封仍然能够正常运行，密封的可靠性提高，使用寿命延长。

5.严格按照检修规程进行安装和气密试验阜内表面和密封动环端面开设有流体动压槽 ，动压槽存在旋向区别，安装时需--对应，否则会造成密封早期失效。机封安装完毕后严格按要求进行气密试验，仔细查找有无泄漏，确保压缩机组开车-次成功。

五、使用维护注意事项1.保持油气分离系统管路畅通碳环和机械密封间泄漏的润滑油和工艺气体通过管路引至油气分离罐，泄漏的润滑油从油气分离罐底排至污油罐，不再进人润滑油系统，工艺气体则从罐顶的气相线返回压缩机人口，如果线路上的阀堵塞或分离罐顶除沫网被结焦物堵塞，使气体返回不畅，，就会造成油气分离罐憋压，机封内侧压力升高 ，影响机封密封效果。

2.确保润滑油压稳定并形成有效油膜保持-定的润滑油压以确保油膜密封的稳定性和油膜刚度，可以防止工艺介质通过机械密封进入油系统 ，同时保证氮气隔离系统注入的氮气不会影响油膜的密封效果，如果油压过低，就不会形成有效油膜 ，造成工艺介质泄漏至润滑油系统。设计要求润滑油压必须>0.26MPa。

3.保持氮气隔离系统的氮气注入量在阴阳转子出口端第-、二道碳环之间增加氮气隔离气，起到对工艺介质隔离的作用，防止介质及介质结焦物进入密封系统。常温的氮气进入密封系统，起到冲洗、冷却、稀释介质的作用，减雄合结焦的可能。但是当氮气量波动大或注入过大，都会对油膜的稳定性造成影响，甚至无法形成有效油膜，造成机封泄漏。设计要求注入的氮气压力低于润滑油压力。

4.按照设计定期进行溶剂冲洗溶剂冲洗的作用是将系统中的聚合物溶解后带走，避免其附着在转子及机械密封上形成结焦物。附着在转子上会造成转子振动增大，时间长了影响密封效果；附着在碳环和机械密封上，会造成碳环浮动性差，机械密封端面磨损 ，影响机封效果。

六、实施效果改进措施实施后 ，压缩机运行良好，密封未出现泄漏，说明采取的措施成功。实践中认识到，在密封使用维修过程中，设备管理人员和维修人员往往拘泥于原设计选型，如果原设计考虑不周或受当时密封技术条件的限制，往往使密封的可靠性下降，所以应当从工况条件、介质特性 、密封类型着手，查找密封失效原因，积极采用新方法、新技术来提高密封可靠性和使用寿命。

W 1 3.05-30作者通联：中油股份独山子石化分公司乙烯厂碳四车间新疆独山子石化公司乙烯厂碳四车间 833600E-mail：1260464387###qq.eom[编辑 利 文]设置管理与维俺2013№5 团