西部管道压缩机组干气密封失效故障分析

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1、西部管道压缩机组干气密封失效故障分析　　摘要：针对西气东输站场内压缩机组干气密封频繁失效并造成高额维修更换费用的问题，本研究从干气密封工作原理和基本结构出发，结合典型的输气管道离心压缩机组干气密封失效现象，进行系统分析，明确了主要的故障原因，并提出了具体的解决措施和建议。以期对压缩机站场干气密封的使用及维护提供一定的指导。　　关键词：摩擦副追随性DLC涂层动压槽　　西部管道公司所辖输气管线压缩机组全部采用成熟的干气密封完成离心压缩机轴端工艺气的封严，鉴于输气管线压缩机组运行环境客观因素限制及自身设计特点的特殊要求，在机组正常

2、运维中，干气密封因为设计、气质因素、操作运维等方面的因素，故障率相对较高。　　为了较好地解决干气密封系统失效率偏高的问题，提高系统可靠性，本研究主要结合失效密封的拆解，进行系统综合分析。　　1、西部管道公司压缩机组干气密封配套情况　　截止2015年2月底，西部管道公司已经投运97台套大型离心式压缩机组，均采用干气密封系统实现离心压缩机轴端工艺气的封严。目前所选用干气密封系统按照摩擦副的配对形式，主要分为硬对硬与硬对软两种方式，供货商主要来自博格曼、约翰克兰、福斯。　　博格曼、福斯干气密封均采用硬对硬的配对方式，摩擦副主要选用

3、SiC或SiN，摩擦副表面经过特殊工艺处理保持相对更高的光洁度;约翰克兰干气密封采用硬对软的配对方式，动环一般选用高韧性的合金钢或强度较高的SiC，配对的静环一般选用较软的石墨碳环。　　西部管道公司所辖压缩机组配套干气密封汇总信息如图1和表1所示。　　由统计结果看，目前已经投运压缩机组选用干气密封主要以博格曼为主，约翰克兰密封主要应用于西一线RR压缩机组上。福斯干气密封前期集中应用于solar配套离心压缩机上，后续在西三线压缩机组上陆续投入使用。　　硬对硬的配对型式可以保证干气密封相对更少的密封气泄漏量，但其相对独特的动压槽

4、三维机械槽型、较高要求的摩擦副表面的金刚石涂层技术，大幅增加了生产加工、故障修复周期及费用的大幅增加，同时对于配套的密封气处理系统有更高要求。　　2、干气密封主要的工作原理　　典型的干气密封结构包含有静环、动环组件(旋转环)、副密封O形圈、静密封、弹簧和弹簧座(腔体)等零部件。静环位于不锈钢弹簧座内，用副密封O形圈密封。弹簧在密封无负荷状态下使静环与固定在转子上的动环组件配合，如图2所示。　　配合表面平面度和光洁度很高，动环组件配合表面上有一系列的螺旋槽，如图3所示。　　随着转子转动，气体被向内泵送到螺旋槽的根部，根部以外的

5、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。该密封坝的内侧还有一系列的反向螺旋槽，这些反向螺旋槽起着反向泵送、改善配合表面压力分布的作用，从而加大开启静环与动环组件间气隙的能力。反向螺旋槽的内侧还有一段密封坝，对气体流动产生阻力作用，增加气体膜压力。配合表面间的压力使静环表面与动环组件脱离，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。在动力平衡条件下，作用在密封上的力如图4所示。　　闭合力Fc，是气体压力和弹簧力的总和

6、。开启力Fo是由端面间的压力分布对端面面积积分而形成的。在平衡条件下Fc=Fo，运行间隙大约为3μm。　　如果由于某种干扰使密封间隙减小，则端面间的压力就会升高，这时，开启力Fo大于闭合力Fc，端面间隙自动加大，直至平衡为止，如图5所示。　　如果扰动使密封间隙增大，端面间的压力就会降低，闭合力Fc大于开启力Fo，端面间隙自动减小，密封会很快达到新的平衡状态，见图6。　　这种机制将在静环和动环组件之间产生一层稳定性相当高的气体薄膜，使得在一般的动力运行条件下端面能保持分离、不接触、不易磨损，延长了使用寿命。　　3、西部管

7、道公司所辖压缩机干气密封失效统计　　西部管道所辖压缩机组自2012年至今，通过计划检修强制更换及故障失效检修更换干气密封共计33次，更换密封合计56个(含驱动端、非驱动端密封)，具体信息如表2和图7所示。　　由统计结果可以看出，压缩机组正常运行或启停机过程中，突然异常失效次数达到19次，占56%，构成干气密封更换的主要因素。计划性检修及备件超期存储强制返厂测试合计12次，占比36%。由于运行中或启停机过程中，干气密封突然失效对于生产运行影响较大，且该类失效占干气密封返修的主要份额，所以，亟待解决干气密封的异常失效问题。　　4

8、、干气密封失效原因　　针对全部返厂维修的干气密封，通过工厂拆解检查来看，导致密封失效的主要原因主要集中在以下六个方面。　　4.1密封浮动面固液杂质聚集导致密封失效　　杂质聚集在推环处，导致推环阻力增加，静环追随性下降，动静环间无法根据负荷变化及时调整相互间距，刚性气膜稳定性下降，最终密封失