劉春元

西部管道甘肅輸油氣分公司武威維搶修隊

 

摘要：根據西部管道公司所轄西氣東輸一、二、三線輸氣站場離心壓縮機干氣密封結構形式、工作原理，系統梳理現場運行過程中出現的動靜環磨損、密封表面臟污及卡滯等常見故障，研究分析造成干氣密封失效的人為操作、密封本體修復質量和管道運行工況等主要因素。針對故障原因從工藝操作與工況分析、維檢修作業、技術改造和運行管理幾個方面制定應對措施，有力保障機組安全平穩運行。

關鍵詞：離心壓縮機；干氣密封；故障原因；應對措施

 

干氣密封是一種新型的非接觸式軸封，與普通接觸式機械密封相比，省去了密封油系統及用于驅動密封油系統運轉的附加功率負荷，具有密封氣體泄漏量小，維護費用低，經濟實用性好以及密封驅動功率消耗小，密封壽命長，運行可靠平穩，操作維護簡單等優點，因此在輸氣站場離心壓縮機機組上廣泛使用。而作為離心壓縮機的核心部件，它的可靠性直接關系著壓縮機組能否安全高效運行。所以，深入開展干氣密封常見故障原因分析，制定行之有效的應對措施尤為重要。

1  干氣密封故障統計

根據分公司各輸氣站場離心壓縮機機組運行情況，對2013—2017年干氣密封更換總數量、故障更換數量及強制更換數量進行了統計（圖 1 ）。

圖 1 2013—2017年分公司干氣密封更換數量統計

從圖 1可以看出，連續5年干氣密封更換總量158套，其中故障更換或強制更換82套。故障更換和強制更換數量從2015起呈增長趨勢，故障更換數量增加明顯。

除去離心壓縮機組定期維護進行的強制更換密封，初步分析造成干氣密封故障更換數量增加的原因主要在于2015年西二、三線聯合運行，隨著下游用氣量增長，導致壓縮機輸量、機組開機數量增多，加上西三線管道清潔度不足等因素，致使干氣密封故障次數有所增加。

如針對西二、三線永昌和古浪站聯合運行多重因素造成的干氣密封故障問題，統計了各站場不同廠家的干氣密封故障更換數量或強制更換數量，與初始安裝數量進行了對比，結果如圖 2所示。

圖 2 各廠家干氣密封更換數量對比

重點對導致故障更換和強制更換的82套干氣密封故障因素進行梳理分析，統計各故障因素的故障頻次，結果如圖 3所示。

圖 3 干氣密封故障因素占比

從圖 3可以看出，人為操作因素、密封修復質量、管道工況、啟停次數是密封故障的主要因素，合計占比為83%，其次是離心壓縮機組運行時間和其他因素占17%。

針對以上故障因素，總結造成干氣密封失效的主要故障形式，通過故障形式分析故障原因，制定應對措施。在實施故障應對措施基礎上，提出了檢修安裝作業和站場操作運行兩方面的管理提升措施，進一步降低干氣密封在運行和檢修過程中發生故障，提高其密封可靠性。

2  干氣密封故障原因分析

（1）故障形式。①檢修或返廠修復過程中裝配不當；②設計缺陷、運行工況和人員操作不當造成的平衡直徑處磨損，輔助密封卡滯；③動環表面臟污；④動環磨損、靜環磨損及背面防轉銷處崩脫；⑤壓縮機輔助密封泄漏；⑥檢修過程中為了方便其他附屬設備安裝人為盤車操作壓縮機長時間反轉造成動靜環密封槽磨損或劃傷，運行時密封失效。

（2）原因分析。①密封氣帶液、密封氣質量差。密封氣經調壓閥降壓后出現節流制冷效應，易使密封氣帶液，破壞干氣密封動、靜環表面的剛性氣膜，加速密封面的磨損；②一方面是儀表故障，主要是密封氣撬座、密封氣加熱器等儀表故障或誤報警，未得到及時處理或檢查。另一方面是儀表管路堵塞或泄漏；③機組喘振，易引起動靜環間氣膜的不穩定，導致干氣密封動靜環發生接觸磨損；④工藝操作不當，隔離氣投運不及時，儀表風系統壓力低、氣質差，潤滑油回油管路不暢，供油壓力高，儀表風氣啟停邏輯錯誤。加上輔助密封磨損、間隙過大或安裝不當損傷，在機組運行時潤滑油氣進入干氣密封，造成密封失效；⑤按照離心壓縮機組切機流程和機組備用狀態管理要求，在停機保壓和機組啟機工作進行時，未打開壓縮機進口加載閥以平衡機組內壓力，致使彈簧受力不均或彈簧彈力失效，氣膜形成不均衡，導致動靜環偏磨。加上密封氣壓力不足，密封開啟力不夠，機組再啟動，動靜環未完全脫離時在摩擦力的作用下導致靜環反轉損傷，造成定位銷崩脫；⑥作業人員操作不當、機組運行工況變化以及密封本體設計缺陷等諸多因素的作用下，機組長期運行，干氣密封平衡直徑處磨損，導致輔助密封卡滯；⑦維檢修不當造成密封故障。拆卸干氣密封管道時端口未及時防護導致雜物進入。或作業人員在檢修作業過程中因操作不當，干氣密封安裝錯誤，密封旋轉方向與壓縮機主軸方向相反。在密封未開合的情況下對壓縮機做旋轉，造成螺旋槽磨損。

3  常見故障應對措施

（1）關注密封氣水露點變化情況，合理設置干氣密封加熱器溫度，保證干氣密封節流后進入干氣密封腔體內的溫度大于同等壓力下天然氣水露點的溫度20℃以上。

（2）定期檢查更換干氣密封過濾器濾芯，對過濾器排污。在檢修期保證管道清潔、干燥一定要達標到位。

（3）定期對壓力變送器進行排污和排凝，檢測變送器接線緊固，無毛刺、漏銅、進水現象。檢查儀表管路接頭無泄漏，儀表閥門在工作位置。

（4）日常應加強對機組運行工況分析，及時調整機組運行狀態。在手動調節機組轉速時，應根據機組工作點位置，邊觀察邊調整。在機組保養時應對防喘閥進行動作測試，確保防喘閥狀態正常。

（5）設置儀表風壓力低預報警值，定期對儀表風系統濾芯、管路、調壓閥進行檢查更換，對空壓機勤排污。確保油壓在正常范圍值內，油泵和儀表風運行壓力應聯鎖。隔離氣在油泵停用約30分鐘后方可關閉，防止殘存油霧污染密封。經常性的打開干氣密封冷凝排污閥進行排污，對機組帶壓備用時主密封氣不能中斷，應打開入口加載閥或從機組泄壓口泄壓的方式來平衡機組壓力。

（6）檢修時對拆卸下的管道及時進行封堵，安裝之前應對管道整體吹掃，端面采用酒精清洗后再安裝。對于單向槽形干氣密封拆卸要注意新更換干氣密封的旋轉方向和主軸旋轉方向一致，避免將驅動端和非驅動端干氣密封裝反。

（7）結合密封失效情況和密封裝配結構形式，對干氣密封螺母與連接軸套之間進行了改進，新增加一道O型圈密封，以增強其密封效果，有效防止隔離密封的密封性下降對干氣密封的影響，如圖 4所示。

圖 4 密封圈安裝示意圖

4  管理提升措施

（1）檢修及安裝作業方面。①檢修過程中嚴格執行現場標準化管理要求，拆卸附屬管道時及時對各管路端口進行封堵，細化檢修作業卡，回裝過程中使用儀表風對管路進行吹掃。安裝前，仔細清理密封腔體和排污通道；②新干氣密封安裝時確保旋轉方向安裝正確，安裝時做好干氣密封動靜環定位銷標記，安裝后與軸上標記一致，同時認真復核尺寸，確保密封安裝到位；③安裝和拆卸密封過程中確保密封端面垂直于轉子，可以有效避免密封卡在轉子上。安裝和拆卸密封過程中固定轉子，否則密封可能無法安裝到位；④潤滑脂應涂得很薄，過量的潤滑脂會污染密封。安裝和拆卸密封過程如遇到阻力，立即停止，檢查原因。密封必須有效地鎖定在軸上，所有鎖緊裝置必須完全上緊；⑤密封安裝到位后，避免轉子的過度位移，防止導致密封損壞。密封安裝到位后，手動盤車并檢查軸躥量。

（2）站場操作運行方面。①密切監控干氣密封控制系統報警值，通過一級泄漏高報、高高報，判斷一級干氣密封的狀態，通過低報和低低報，判斷二級干氣密封的狀態；②啟動壓縮機前，投用隔離氣正常后，方可允許啟動潤滑油泵；壓縮機停機后，軸承回油溫度降至45℃以下，方可停止潤滑油泵；③監視和調整密封氣溫度、過濾器壓差及一級排放的壓力、壓差、流量等工藝參數，應滿足運行規程要求；④檢查干氣密封系統過濾裝置、管件連接處無泄漏，備用過濾器處于良好狀態；⑤根據干氣密封運行情況，采取合適的方式對密封腔體排污；⑥壓縮機停機再啟動，充壓時若干氣密封泄漏量超標，對機組泄壓后在驅動端或非驅動端宜首先采用竄軸方式，改善靜環對動環的補償性，使干氣密封恢復正常。若無改善考慮更換干氣密封。

5  結語

隨著我國油氣管網的加速建設，離心壓縮機組在天然氣管道的應用越來越廣泛，干氣密封的完好是確保壓縮機組安全平穩運行的必要條件。下一步，我們將持續對影響壓縮機安全平穩運行的各種故障因素進行深入研究總結，逐步形成一套完備的管理體系，為今后順利開展干氣密封故障處理提供技術保障，為公司壓縮機組穩定運行提供堅實基礎。

 

作者簡介：劉春元，1987年生，本科，工程師，現從事管道設備維檢修工作。聯系方式：15214116213 ，liucy@pipechina.com.cn。