[摘要]石油化工领域离心压缩机是必不可少的机电设备，其稳定运行对整个生产过程具有非常重要的影响。本文以某企业使用的离心压缩机为例，对其在运行过程中出现的干气密封故障进行了详细分析。在对离心压缩机进行拆解检查的基础上，分析了设备出现干气密封故障的原因，在此基础上提出了一些建设性的处理措施。
[关键词]石油化工业;离心压缩机;干气密封;故障;处理措施
多年来，石油化工产业为我国社会经济发展做出了重要贡献，保障石油化工领域的可持续发展是促进经济发展的重要基石。石油化工业中离心压缩机是非常重要的机电设备，该设备能否安全可靠运行直接影响石油化工生产过程的稳定。但由于石油化工生产作业环境复杂，离心压缩机在正常工作时容易受到外部各因素影响，产生各种故障，造成石油化工生产过程不连续。如国内某石油化工企业使用的离心压缩机在正常运行中，突然出现干气密封失效，导致一级密封泄漏气流量出现快速上升并达到了极限值，使生产设备紧急停机，给企业造成了重大经济损失。本文主要针对该起离心压缩机干气密封故障进行深入分析和研究，并提出处理措施，对其他类似故障问题具有一定借鉴作用。
1干气密封基本工作原理
与传统的密封结构相比，干气密封存在其特殊之处。最典型的创新在于干气密封属于非接触式密封，它主要是基于流体动力学基本原理实现密封效果。图1所示为典型的干气密封结构以及密封旋转环装置原理示意图。从图中可以看出，整个干气密封结构由多个零部件构成，其中密封旋转环是非常关键的零部件。密封旋转环结构特殊，性能好坏对干气密封结构的运行可靠性有重要影响。密封旋转环的表面通常需要进行抛光处理，以降低表面的粗糙度，同时还要在表面开设结构较为特殊的动压槽。
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干气密封旋转环在正常工作时处于高速旋转状态，动压槽内部会吸入大量的气体，并在密封堰内部做循环流动。由于密封堰结构特殊，气体在内部流动时会被压缩，导致压力与其他位置相比较高。在压力作用下可以将整个密封面向外推开，在弹簧力的综合作用下，相邻密封面之间可以形成一层厚度非常薄的气膜。已有的实践和理论研究均表明，当该层气膜厚度控制在2~3μm左右时稳定性最好。干气密封结构如受到外部因素影响，导致密封堰内气体压力出现变化时，就会对气膜厚度产生影响，进而影响结构的密封性。只有当外部干扰彻底消失后，干气密封结构才能恢复正常工作
2离心压缩机干气密封结构失效故障
某石油化工企业使用的离心压缩机已连续正常工作两年左右。但在某次使用时结构两端的干气密封结构无征兆地发生了一级密封泄漏，且泄漏量出现快速上升的趋势。驱动端的泄漏达到满量程后，一直没有得到恢复。非驱动端同样出现了严重的泄漏，达到了满量程，但经过一段时间后逐渐恢复到正常状态。由于离心压缩机出现了故障问题导致无法正常工作，因此将相关设备停机，对离心压缩机进行拆解全面检修，以排除故障，具体拆解过程如下：
2.1驱动端干气密封
驱动端的二级密封未出现明显的故障问题，各零部件也没有发现明显的损坏。由于故障主要出现在一级密封，因此对该部位的零部件进行重点检查。对旋转环和静环密封端面进行检查，发现未出现不正常的磨损，且整个动压槽基本完整。对与弹簧接触的推环进行检查时发现，其尾部存在显著的黑色磨屑。正常情况下推环密封圈应为白色，而检查发现该处位置呈现黑色，且质地较软，可以推断该物质为外部物质。拆下静环对推环C型密封圈进行检查，发现该密封圈已经出现了明显的断裂，长度达7mm，基本可以断定该处位置是导致气体泄漏的根本原因。进一步检查发现推环C型密封圈上同样存在很多软质黑色杂质。
2.2非驱动端干气密封对二级密封
结构进行检查，未发现明显的故障问题。然后对一级密封结构进行系统全面检查，发现问题同样是出现在推环C型密封圈上，密封圈上出现了很多软质黑色杂质，但未出现明显裂纹。其他结构件均未发现明显损伤。
2.3控制系统过滤器滤芯
将控制系统过滤器滤芯拆除检查，发现滤芯表面附着有很多直径稍大的颗粒杂质，这些杂质的存在会在很大程度上阻碍气体流动。
2.4离心压缩机干气密封结构失效原因
根据上述离心压缩机拆解检查结果，分析干气密封失效的原因，主要有：
(1)推环与C型密封圈沟槽之间的间隙太大。推环与C型密封圈沟槽之间的间隙大小对结构性能具有非常重要的影响，需要对其进行严格控制。如间隙值太小，导致推环无法正常活动，严重时会导致推环出现卡死问题。而间隙值过大，在高压环境下可能存在被击穿的危险。经过现场实际测量发现，该装置的推环与C型密封圈沟槽之间的间隙虽然比最佳值稍大，但是差距不明显。因此认为该因素不是造成离心压缩机出现密封失效的根本原因。
(2)C型密封圈出现非正常磨损导致部分区域变薄。推环与弹簧直接接触，弹簧的力直接作用在推环上，与静环和旋转环之间形成闭合力。在实际运行中推环与C型密封圈并非处于完全相对静止的状态，两者之间会发生相互串动现象。另外，推环C型密封圈所处位置气流很难进入，一旦该部位混入颗粒杂质，很难将杂质清理干净，在长时间运行过程中，杂质会对密封圈造成严重磨损。当磨损达到一定程度后密封圈厚度逐渐变薄，在高压气体作用下密封圈可能被击穿，最终出现明显的裂纹。对离心压缩机干气密封结构进行拆检，发现该位置的密封圈存在黑色松软杂质，且存在7mm长的裂纹，因此可以认定该因素是导致结构出现密封失效的最重要原因。
(3)C型密封圈自身质量问题。C型密封圈结构比较特殊，主要由螺旋弹簧并填充四氟乙烯生产加工制作而成。由于对该零件的性能要求相对较高，国内目前很难生产出满足性能要求的产品，C型密封圈主要是从国外进口。进口产品虽然整体质量相对较高，具有良好的稳定性，但不排除个别零部件存在质量不达标的问题。如果C型密封圈在生产加工时存在混料搅拌不均匀或者部分区域存在杂质，都可能严重影响其使用性能。这类问题在出厂检查时很难发现，只有放置很长时间甚至在使用时才会逐渐暴露出来。该因素可能是造成本文所述离心压缩机干气密封失效的原因之一。
(4)控制系统自身存在缺陷。拆检时发现过滤器滤芯表面粘附有大量颗粒较大的杂质。根据控制系统记录的数据，在对过滤器滤芯进行更换后再次运行时，过滤器前后差压很大。该问题的存在导致控制系统无法判断过滤器滤芯的实际运行状态及其过滤效果。过滤器的作用是对空气中存在的杂质进行过滤，避免大颗粒杂质进入密封结构内部对其造成损伤。为确保离心压缩机的正常运行，需要定期对过滤器滤芯进行更换。但由于控制系统存在缺陷，无法对滤芯实际运行状态进行判断，当滤芯表面粘附有大量直径较大的颗粒时仍未对其进行更换，导致很多杂质进入密封结构内部。
3干气密封故障处理措施
以上对离心压缩机干气密封失效原因进行了系统分析，现结合笔者实践经验，对以上原因提出对应的处理措施。
(1)严把密封圈质量关。密封圈质量对干气密封结构性能具有非常重要的影响，如果其质量存在缺陷，就会导致密封结构运行过程不稳定。密封圈制造商在生产密封圈时应制定严格的质量管理体系，对所有的商品进行严格检测，满足要求后才能流入市场。离心压缩机生产企业在采购相关零部件时，必须对所有的零件进行检查，尤其是要重点检查C型密封圈的尺寸精度、材质成分等。
(2)优化离心压缩机控制系统。控制系统无法识别过滤器滤芯运行状态的原因，在于差压变送器性能无法满足要求。因此在控制系统中需要更换性能更优良的差压变送器，并结合实际情况对报警值进行调整。确保控制系统能够准确识别过滤器滤芯的运行状态，定期对滤芯进行更换。避免空气含有的杂质进入密封结构内部，对结构造成不必要的损伤。
(3)提升离心压缩机制造精度。推环与C型密封圈沟槽之间的间隙是一个非常重要的技术参数，在对离心压缩机进行生产制作时必须严格控制加工质量，进而实现该间隙值的准确控制。
4结论
离心压缩机在石油化工领域应用非常广泛，其运行的稳定对整个生产过程有重要影响。本文对某石油化工企业使用的离心压缩机出现的干气密封失效问题进行了全面系统的分析，结合离心压缩机实际运行情况，分析了干气密封发生故障的原因，提出了一些建设性的处理措施。——论文作者：侯东波1，杨明阳2，尹石庄3，邓波4
