多轴离心式空压机气封失效原因分析

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1、1、多轴离心式空压机气封失效原因分析核心提示：总结工艺空气压缩机气封使用情况，分析气封存在的问题，提出解决措施及改进建议，达到延长气封使用寿命的目的。关键字：多轴离心式空压机气封失效原因分析概况引进布朗工艺年产300kt合成氨装置中的工艺空气压缩机(100C1)，是20世纪90年代初由德国MAN.GHH公司设计制造的多轴离心式压缩机。该压缩机结构紧凑，驱动齿轮、大齿轮和3根小齿轮轴共用1个齿轮箱，在每根小齿轮轴的两端利用中心螺栓各固定1个叶轮，同通过法兰与齿轮箱连接的压缩机蜗壳一起组成压缩机的6个级；每级1个轴向气封装

2、置，6级轴向密封均采用碳环密封结构，1～4级气封由4组碳环构成，5～6级由7组碳环构成，每组碳环分3段，用弹簧固定在一起。空压机主要性能参数见表1。气封的使用情况及存在的主要问题空压机自装置投产以来，在系统运行正常的情况下，由于气封的原因，几乎每年都必须进行1次检修，对各级气封进行更换；如果系统运行不正常，在机组开停车次数较多的情况下，气封的使用寿命就更短，时有发生因气封大量泄漏而被迫停车检修事件。从多年的使用和检修情况中发现：高压转子气封（5、6级气封）最易损坏失效，其次是中压转子气封（3、4级气封），最后是低压转子

3、气封（1、2级气封）。每次解体检查，发现气封失效的主要形式是气封碳环碎裂或碳环严重磨损。目前，气封的现状影响到机组的长周期运行。原因分析从气封的结构分析，它属于非接触型密封，密封原理是流阻型的，在气体流动状态下，间隙内的流动遵守流动阻力规律。该气封具有间隙密封（也叫衬套密封）和浮环密封的某些特性[1]：多级持环（中、低压转子气封为4级持环，高压转子气封为7级持环）构成固定式衬套，具有间隙密封的特性；各级持环间配装碳环，轴向运动受持环限制，活动量较小，径向碳环与轴之间预留有一定的间隙，低压转子气封间隙（直径间隙）0.09

4、～0.12mm，中压转子气封间隙0.10～0.13mm，高压转子气封间隙0.175～0.194mm，可在径向自由浮动，故碳环密封可看成是一种不需辅助密封介质的简单浮环密封，气封结构见图1和图2。在实际工作过程中，起主要密封作用的是碳环，持环构成的衬套起辅助密封作用。碳环的磨损和碎裂是造成气封失效的直接原因，引起碳环磨损和碎裂的主要原因有:1)气封自身结构存在不合理之处。该空压机气封的每组碳环不是整环，而是3段120°圆弧环，需用弹簧固定成整环，其强度和刚度较整环的差，易造成碳环损坏。2)转子运行状况的影响。转子动平衡好

5、，运行平稳，振动小，碳环的磨损就小;随着运行时间的增长，叶轮结垢、冲刷腐蚀等因素会影响转子的动平衡，使其振动增大，对碳环的磨损也会增大，甚至造成碳环的碎裂。3)安装不合适。由于气封自身结构的原因，1-4级气封不能整体安装，只能一组持环一组碳环逐级装人气封腔室，装配过程不易检测，不但增加了安装的难度，而且易造成持环偏斜、不到位和碳环损坏等现象，且无法感知。4)备件质量的影响。备件材质的耐磨性、热膨胀系数、加工精度、尺寸误差等都对碳环的使用寿命有着直接或间接的影响。多年的使用中发现，国外碳环由于材质耐磨性好，加工精度高，尺

6、寸误差小，其使用寿命优于国产备件。5)温度的影响。该气封无散热装置，密封介质温度较高，加之碳环与高速运转的转轴接触所产生的摩擦热，使碳环表面温度更高，加速了磨损和热裂。高压转子气封由于介质温度高和轴转速高，其碳环的使用寿命明显低于低压转子气封碳环就是很好的说明。6)工艺操作的影响。如工艺操作不当，系统负荷波动，均会破坏转子的运转平衡状态，引起轴位移和振值波动，直接加剧气封碳环的磨损和损坏。7)开停车的影响。由于该空压机是热气轮机驱动，往往开停车过程较长，空压机在非正常工况下运转，其振动值和轴向窜动大，最易造成碳环的磨损

7、和碎裂；开停车次数越多越频繁，碳环的使用寿命就越短。对策措施及改进建议1、对策措施针对影响气封使用寿命的各项因素，通过多年的检修和运行经验总结，主要采取了以下对策措施:1)提高检修质量，确保气封的装配规范到位。在气封的装配过程中，仔细检查和处理，确保碳环、持环、辅助密封圈和密封腔等无变形、无裂纹、**刺、无锈蚀、无杂质;严禁敲击过重，用力不均，使其安装不到位或零部件受损而影响使用寿命。2)严把备件质量关。由相关单位专业技术人员对人库备件进行质量验收，经签字标签后的备件才许人库和领用，确保了备件材质、理化性质等符合标准，

8、尺寸（特别是安装尺寸和配合尺寸）准确和外观规整无变形等。3)提高与气封接触表面的精度。碳环与轴的接触表面粗糙度一般为1.6μm，而多次使用过的轴颈，往往被磨得较粗糙，每次检修都对气封接触的轴颈检查和抛光处理，确保表面粗糙度蕊1.6μm。4)提高操作运行水平，尽量减少开停车次数。加强工艺操作培训、严格工艺纪律，减少因误操作等人为原因