高速旋转的离心压缩机组其轴端密封主要有迷宫密封、浮环密封、机械密封和干气密封四大类。其中的干气密封即干运转气体密封，其利用自身压缩的洁净气体进行密封，是一种先进的透平压缩机轴端密封形式，属非接触式密封，其密封性能好、寿命长、运行维护费用低，目前大型透平压缩机组都首选这种密封形式。

在机组运行过程中，干气密封经常性会出现损坏情况，严重影响了合成氨装置的高负荷稳定运行，每年因此而造成的产量损失及产生的维修费用高达千万。下面我们来根据相关案例分析，来分析损坏的原因，从而解决这一难题。

 案例设备简介

本机组压缩机为汽轮机驱动的离心式压缩机，汽轮机为双输出轴抽凝式汽轮机，通过膜片式联轴节与压缩机联接。整套机组有附属的润滑及控制油系统、蒸汽及冷凝液系统、干气密封系统。

压缩机为三缸四段结构，即三个缸体、四段压缩，分别为地低、中、高压缸及一、二、三、循环段，一段和二段压缩分别对应低、中压缸，三段和循环段压缩在高压缸内。高压缸和中压缸、低压缸分别布置在汽轮机两侧。在各缸体出口分别设有段间冷却器对出口气体进行冷却，以保证压缩效率，冷却器后由防喘振回路返回各段入口。

压缩机各缸体轴端密封采用干气密封装置，每个缸体都配有干气密封控制盘站，干气密封各级密封气的流量、压力等参数及密封气的洁净度都通过盘站来控制，参数如下表所示。

压缩机设计运行参数

 流程简介

该机组的主要流程是由汽轮机同时驱动离心式压缩机三个缸体，工艺气通过压缩机低压缸压缩后经过段间冷却器冷却后进入压缩机中压缸二段进口，压缩机低压缸出口与进口间设置一段防喘振回路;压缩机中压缸压缩后又经过一个段间冷却器冷却然后进入压缩机高压缸三段进口，压缩机中压缸出口与进口间设置二段防喘振回路;压缩机高压缸压缩并提高压力，与来自补气口的循环气混合后继续压缩，压缩后的高压工艺气从压缩机高压缸排出。压缩机高压缸出口分别与三段进口、循环段补气口间设置两个防喘振回路。

在各缸体的出口引出一个小分支作为各段的干气密封一级密封气。机组开车时一级密封气采用1.8 MPa的中压氮气，正常运行时将中压氮气切换为出口工艺气，二级缓冲气、隔离气采用0.4 MPa的低压氮气。

变压吸附装置来的1.70MPa的氢气与空分装置来的1.85MPa的氮气在压缩机一段入口进行配比，按照约3 ∶ 1的比例混合后进入压缩机。在氢气管线上设有一台手动切断阀，在氮气管线上设有DN150的调节阀，用来调整进入系统的氮气量。正常运行时，氢气切断阀全开，通过调整氮气量来调节氢氮比。

干气密封的结构及工作原理

干气密封是20世纪60年代末在气体动压轴承的基础上通过对机械密封进行根本性改进发展起来的一种新的非接触式密封。主要是通过在机械密封的动环上增开了动压槽，实现了密封端面的非接触运行。

英国的约翰克兰公司(John Crane) 于20世纪70 年代末率先将干气密封应用到海洋平台的气体输送设备上并获得成功。干气密封最初是为解决高速离心式压缩机轴端密封问题而出现的，由于密封非接触式运行，特别适合做为高速高压设备的轴端密封。

MEI SONG

干气密封结构

一般来讲，典型的干气密封结构包含有静环、动环(也称旋转环) 、O形圈、弹簧和弹簧座( 腔体) 等零部件。结构如上图所示。

静环位于弹簧座内，动环固定在转子上。在密封无负荷状态下，静环在弹簧的作用下与动环配合在一起，配合表面平整、光滑、洁净，动环的配合表面上有一系列的螺旋槽，随着转子的转动，气体被向内泵送到螺旋槽的根部，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。

动环与静环配合表面间的压力使静环表面与动环脱离，保持一个很小的间隙，一般为3μm左右。当由气体压力和弹簧力产生的闭合压力与气体膜的开启压力相等时，便建立了稳定的平衡间隙，干气密封就进入了正常的运行状态。结构如图1与图2所示。

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动环端面上的螺旋槽结构

运行中出现的问题

从原始开车以来，中压缸驱动端(即近汽轮机端)的干气密封发生过多次损坏，严重影响了合成氨装置的正常运行。当干气密封损坏时，其一级密封泄露气的压力与流量会几乎同时达到联锁值，导致机组联锁停车。从多次干气密封损坏的情况来看，存在以下规律:

 1.

干气密封的操作主要就是压力、流量的控制及开车过程中一级密封气由中压氮气切换为工艺气，中压缸驱动端干气密封的流量、压力控制按照工艺指标执行，一级密封气的切换也是严格按照操作规程执行。三个缸体的干气密封日常操作无差别，但发生损坏的总是中压缸驱动端的干气密封

 2.

损坏的干气密封在开车前的静态实验中均显示正常。在停车状态下投入一级密封气，一级泄露气的压力和流量均为零，说明干气密封密封效果良好

 3.

从干气密封拆检的情况来看，均为一级密封损坏，每次损坏的情况都不太一样，有的是动环、静环端面磨损严重，有的是动环或静环端面碎裂

 4.

干气密封损坏都发生在开车过程中，且一般发生在过了临界转速后开始引入氢气、氮气的一段时间内

结束语

以上是本次案例的大致情况，下篇我们将讲述损坏原因和解决方案，如果您有不同的见解，欢迎评论，私信我们进行探讨。

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